آیا معمای چندین دهه‌ای مربوط به حرکات عجیب ستارگان در امگا قنطورس، بزرگ‌ترین خوشه ستاره‌ای کهکشان راه شیری، بالاخره حل شده است؟
امگا قنطورس مورد مطالعه قرار گرفته تا مشخص شود که آیا سرعت بالای ستارگان آن به دلیل وجود یک سیاه‌چاله با جرم متوسط است یا مجموعه‌ای از سیاه‌چاله‌های کوچکتر! داده‌های اخیر از شتاب‌های تپ‌اختری به نظریه دوم اشاره دارند و درک ما از شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها را گسترش می‌دهند.
اسرار امگا قنطورس
امگا قنطورس، یک خوشه عظیم ستاره‌ای با نزدیک به ده میلیون ستاره، در صورت فلکی قنطورس قرار دارد. اخترشناسان سال‌هاست که از سرعت بالا و غیرعادی ستارگان نزدیک به مرکز آن متحیر شده‌اند. دو نظریه اصلی برای توضیح این پدیده مطرح شده است:
- وجود یک سیاه‌چاله با جرم متوسط (IMBH) با جرمی حدود ۱۰۰,۰۰۰ برابر جرم خورشید.
- وجود مجموعه‌ای از سیاه‌چاله‌های کوچکتر که هرکدام تنها چند برابر جرم خورشید را دارند.
تکامل ستارگان نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها باید به‌طور طبیعی در مرکز خوشه شکل بگیرند. با این حال، اخترشناسان معتقد بودند که بیشتر این سیاه‌چاله‌ها در طول زمان به دلیل تعاملات گرانشی با ستارگان نزدیک از خوشه بیرون رانده می‌شوند. این فرضیه باعث شد که وجود تنها یک سیاه‌چاله با جرم متوسط محتمل‌تر به نظر برسد. این نظریه زمانی بیشتر مورد توجه قرار گرفت که محققان ستارگان با سرعت بیشتری را نزدیک به هسته امگا قنطورس مشاهده کردند که می‌توانست با تعاملات آن‌ها با یک سیاه‌چاله مرکزی عظیم توضیح داده شود.
بررسی سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط
سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط (IMBH) برای اخترشناسان بسیار جذاب هستند، زیرا ممکن است حلقه گمشده بین سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای و سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم باشند. سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای از مرگ ستارگان پرجرم شکل می‌گیرند و تاکنون از طریق تکنیک‌های مختلف کشف شده‌اند. سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم در مراکز کهکشان‌های بزرگ یافت می‌شوند و جرمی معادل میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید دارند. ما هنوز نمی‌دانیم سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم چگونه شکل می‌گیرند یا آیا زندگی خود را به‌عنوان سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای آغاز می‌کنند. یافتن یک سیاه‌چاله با جرم متوسط می‌تواند این معمای کیهانی را حل کند.
تحقیقات جدید که با همکاری دانشگاه ساری انجام شد، بار دیگر به بررسی سرعت‌های غیرعادی ستارگان در مرکز امگا قنطورس پرداخت، اما این بار از داده‌های جدیدی استفاده شد. برای اولین بار، محققان داده‌های سرعت‌های غیرعادی را با اطلاعات جدیدی درباره شتاب‌های تپ‌اختری ترکیب کردند.
تپ‌اخترها، مانند سیاه‌چاله‌ها، از ستارگان در حال مرگ شکل می‌گیرند. این اجرام تا دو برابر جرم خورشید وزن دارند اما فقط ۲۰ کیلومتر قطر دارند. تپ‌اخترها می‌توانند تا ۷۰۰ بار در ثانیه بچرخند و همان‌طور که می‌چرخند، امواج رادیویی را در امتداد محور چرخش خود منتشر می‌کنند و مانند یک فرفره در حال چرخش، حرکت می‌کنند. این پرتو رادیویی از کنار زمین عبور می‌کند و مانند یک چراغ دریایی قابل شناسایی است.
تپ‌اخترها: ساعت‌های دقیق در فضا
تپ‌اخترها ساعت‌های طبیعی بسیار دقیقی هستند و تقریباً به اندازه ساعت‌های اتمی روی زمین دقیق عمل می‌کنند. با اندازه‌گیری دقیق تغییرات در سرعت چرخش آن‌ها، اخترشناسان می‌توانند شتاب تپ‌اخترها را محاسبه کرده و به‌طور مستقیم قدرت میدان گرانشی در مرکز امگا قنطورس را بررسی کنند.
با ترکیب این اندازه‌گیری‌های جدید شتاب با داده‌های مربوط به سرعت ستارگان، محققان از دانشگاه ساری، موسسه اخترفیزیک جزایر قناری (IAC، اسپانیا) و آزمایشگاه فیزیک نظری آنسی (LAPTh) در فرانسه موفق شدند تفاوت بین یک سیاه‌چاله با جرم متوسط (IMBH) و خوشه‌ای از سیاه‌چاله‌های کوچکتر را تشخیص دهند که نتایج به نفع فرضیه دوم بود.
پروفسور جاستین رید، یکی از نویسندگان این مطالعه از دانشگاه ساری، گفت:
جستجو برای سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط همچنان ادامه دارد. ممکن است هنوز یکی از آن‌ها در مرکز امگا قنطورس وجود داشته باشد، اما تحقیقات ما نشان می‌دهد که جرم آن احتمالاً کمتر از شش هزار برابر جرم خورشید است و در کنار خوشه‌ای از سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای قرار دارد. با این حال، شانس زیادی برای یافتن یکی از این سیاه‌چاله‌ها در آینده نزدیک داریم. شتاب‌های تپ‌اختری بیشتری در راه است که به ما امکان می‌دهد با دقت بی‌سابقه‌ای به درون مراکز خوشه‌های ستاره‌ای متراکم نگاه کنیم و به دنبال سیاه‌چاله‌ها بگردیم.
آندرس باهارس هرناندز، نویسنده اصلی این مطالعه از IAC، بیان کرد:
ما مدت‌ها است که درباره سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم در مراکز کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای در کهکشان خودمان می‌دانیم. اما ایده وجود سیاه‌چاله‌های با جرم متوسط، که می‌توانند شکاف بین این دو حالت را پر کنند، همچنان ثابت نشده است.
او افزود:
با مطالعه امگا قنطورس که بقایای یک کهکشان کوتوله است، توانستیم روش‌های خود را بهبود بخشیم و گامی به جلو در درک این مسئله برداریم که آیا چنین سیاه‌چاله‌هایی وجود دارند و چه نقشی در تکامل خوشه‌های ستاره‌ای و کهکشان‌ها ایفا می‌کنند. این کار به حل یک بحث دو دهه‌ای کمک کرده و درهای جدیدی برای اکتشافات آینده باز می‌کند.
هرناندز همچنین اشاره کرد:
تشکیل تپ‌اخترها نیز یک حوزه فعال تحقیقاتی است، زیرا اخیراً تعداد زیادی از آن‌ها شناسایی شده‌اند. امگا قنطورس محیطی ایده‌آل برای مطالعه مدل‌های شکل‌گیری تپ‌اخترها است، و ما توانستیم برای اولین بار این تحلیل را در مطالعه خود انجام دهیم.
منبع: Scitechdaily
