نزدیک‌ترین جفت سیاهچاله‌‌ای با رقصی کیهانی

* دانشمندان در کهکشانی دوردست دو سیاهچاله یافته اند که گرفتار نیروی گرانش یکدیگر شده و با چرخش در تنگ‌ترین مداری که تاکنون برای دو سیاهچاله دیده شده، در آستانه ی برخورد به یکدیگرند.

* این دو که به نظر می رسد در یک رقص پیچیده ی کیهانی قفل شده اند، تا کمتر از ۱ میلیون سال دیگر به هم می رسند و با برخوردشان انفجاری با نیروی ۱۰۰ میلیون ابرنواختر به پا خواهند کرد.

پژوهشگران با بهره از داده های کاوشگر فرگشت کهکشان های ناسا (گلکس، GALEX) و تلسکوپ فضایی هابل ناسا به قانع کننده ترین شواهد از وجود این دو سیاهچاله ی ادغام شونده دست یافته و به جزییات تازه ای درباره ی سیگنال های نور دوره ای و شگفت انگیز آن ها پی برده اند.

این جفت سیاهچاله ی برگزیده که PG 1302-102 نامیده شده و ۳.۵ میلیارد سال نوری از زمین دورند، نخستین بار در اوایل همین امسال (۲۰۱۵) به کمک تلسکوپ های روی زمین یافته شده بودند. فاصله ی این دو سیاهچاله از هم چندان بیشتر از قطر سامانه ی خورشیدی نیست و بنابراین مدار چرخش آن ها به گرد یکدیگر، کیپ ترین مداریست که تاکنون برای دو سیاهچاله دیده شده. به چشمداشت دانشمندان، این زوج تا کمتر از یک میلیون سال دیگر برخورد کرده، به هم خواهند پیوست، و انفجاری سهمگین با نیروی ۱۰۰ میلیون ابرنواختر به راه خواهند انداخت.

این شبیه سازی به توضیح سیگنال نور شگفت انگیزی کمک می کند که سرچشمه اش یک جفت سیاهچاله ی ادغام شونده ی بسیار نزدیک به هم به نام PG 1302-102 در فاصله ی ۳.۵ میلیارد سال نوری است.

پژوهشگران در حال بررسی این جفت سیاهچاله هستند تا آگاهی بیشتری درباره ی چگونگی ادغام کهکشان ها و سیاهچاله های مرکزیشان دست یابند-- رخدادی که در روزگار آغازین کیهان رایج بود. ولی هر چقدر این ادغام ها در آن روزگار شایع بودند، به همان اندازه هم دیدن و تاییدشان برای ما دشوار است.

PG 1302-102 یکی از کم شمار نامزدهای خوب برای سیاهچاله های دوتایی است. این جرم اوایل همین امسال توسط پژوهشگران بنیاد فناوری کالیفرنیا در پاسادنا (کلتک)، پس از آن که یک سیگنال نوری نامعمول که از مرکز یک کهکشان می آمد را بررسی کردند یافته و وجودش گزارش شد. این پژوهشگران که تلسکوپ های "پیمایش گذرای بی درنگ کاتالینا" را به کار گرفته بودند، نشان دادند که این سیگنال تغییرپذیر به احتمال بسیار از حرکت دو سیاهچاله سرچشمه گرفته که هر پنج سال یک بار به گرد یکدیگر می چرخند. سیاهچاله ها خودشان نوری نمی گسیلند، ولی مواد پیرامونشان که به نام قرص برافزایشی شناخته می شوند چرا.

در این پژوهش تازه، که جزییاتش در شماره ی ۱۷ سپتامبر نشریه ی نیچر منتشر شده، پژوهشگران شواهد بیشتری در پشتیبانی و تایید رقص نزدیک این سیاهچاله ها یافته اند. آن ها با بهره از داده های گلکس و هابل توانستند الگوهای نوری تغییرپذیر این سامانه در ۲۰ سال گذشته را دنبال کنند.

یکی از نویسندگان این پژوهش به نام دیوید شیمینوویچ از دانشگاه کلمبیای نیویورک می گوید: «ما شانس آوردیم که داده های گلکس را در دست داشتیم. ما در بایگانی گلکس جستجو کردیم و دریافتیم که این جرم تاکنون به طور شانسی شش بار رصد شده.»

هابل نیز که به جز نور دیدنی (مریی) و طول موج های دیگر، نور فرابنفش را هم می بیند، این جرم را در گذشته دیده بوده.

نور فرابنفش برای آزمایش یک پیش بینی درباره ی این که این سیاهچاله ها چگونه الگوی دوره ای نور پدید می آورند مهم بود. بر پایه ی این پیش بینی، یکی از این دو سیاهچاله نور بیشتری می گسیلد- این کار را با بلعیدن موادی بیشتر از دیگری انجام می دهد، و این فرآیند مواد پیرامونش را داغ کرده و به گسیلش پرتوهای پرانرژی وا می دارد. با چرخش این سیاهچاله به گرد همدمش در هر پنج سال، نورش تغییر می کند و به نظر می رسد هنگامی که همدمش را دور زده و به سوی ما می آید، درخشش بیشتری پیدا می کند.

دنیل دورازیو، نویسنده ی اصلی پژوهشنامه از دانشگاه کلمبیا می گوید: «انگار که نور یک لامپ ۶۰ وات ناگهان بشود ۱۰۰ وات. و هنگامی که این سیاهچاله از ما دور می شود، انگار که نور آن لامپ می شود ۲۰ وات.»

چه چیزی باعث این تغییر نور می شود؟ 

یک دسته از تغییرات باید مربوط به پدیده ی "آبی‌گرایی" (انتقال به آبی) باشد. این پدیده باعث می شود هنگامی که چشمه ی نور به سوی ما می آید، طول موج هایش کوتاه تر شوند، مانند آژیر خودروی پلیس که هنگام آمدن خودرو به سوی ما، بسامدش بلندتر و صدایش تیزتر می شود. دلیل دیگر می بایست مربوط به سرعت سرسام آور این سیاهچاله باشد.

این سیاهچاله زمانی که روشن تر دیده می شود در واقع دارد با سرعتی نزدیک به هفت درصد سرعت نور به سوی ما می آید- به بیان دیگر، واقعا سریع. با این که پنج سال زمان می برد تا این سیاهچاله به گرد همدمش بچرخد، ولی راه بسیار درازی را هم می پیماید. انگار که سرتاسر سامانه ی خورشیدی ما، از دورترین حاشیه اش، جایی که ابر اورت با دنباله دارهای درونش جای دارد را تنها در پنج سال دور بزند. با چنین سرعت هایی -که به نام سرعت های نسبیتی شناخته می شوند- نور گسیلیده از جسم هم شدیدتر و درخشان تر می شود.

دورازیو و همکارانش این پدیده ی آبیگرایی را بر پایه ی یکی از پژوهشنامه های پیشین کلتک شبیه سازی کردند و نمای آن در طول موج فرابنفش را پیش بینی نمودند. آنان تعیین کردند که اگر کم نور و پرنور شدن های دوره ای که در گذشته در نور دیدنی (مریی) دیده شده بود واقعا به دلیل اثر تقویتی نسبیتی رخ داده، پس همین رفتار دوره ای هم باید در طول موج های فرابنفش دیده شود، ولی ۲.۵ برابر تقویت شده تر. و جالب این که که نور فرابنفشی که گلکس و هابل دیده بودند با این پیش بینی ها همخوانی داشت.

زولتان هیمن، یکی دیگر از نویسندگان از دانشگاه کلمبیا هم می گوید: «ما داریم اندیشه هایمان درباره ی آن چه در این سامانه رخ می دهد را نیرو می بخشیم و شناخت بهتر آن را آغاز می کنیم.»

دستاوردهای آنان همچنین به پژوهشگران کمک خواهد کرد تا به روش های بهتری برای یافتن این گونه سیاهچاله های برخوردی، با مدارهایی از این هم تنگ تر در آینده دست یابند، چیزی که برخی آن را جام مقدس فیزیک و جستجوی امواج گرانشی می دانند. به پیش بینی دانش اخترفیزیک، در واپسین لحظه های پیش از پیوند نهایی دو سیاهچاله، هنگامی که در مداری به شدت تنگ به گرد هم می چرخند و مانند دو اسکیت باز، "مارپیچ مرگ" را اجرا می کنند، امواجی را در فضا و زمان می گسیلند. این امواج که "امواج گرانشی" خوانده شده اند و وجودشان ۱۰۰ سال پیش در نظریه ی گرانش آلبرت انیشتین پیش بینی شده بود، سرنخ هایی را درباره ی بافت و تاروپود جهان هستی در خود دارند.

این یافته ها همچنین درگاهی برای شناخت سیاهچاله های ادغام شونده در کیهانند، جمعیتی گسترده در همه جا که تازه دارند رازهای خود را برایمان رو می کنند.

در همین زمینه: * رقص دو سیاهچاله در کهکشان 3C 75 * تانگوی گرانشی دو سیاهچاله در قلب یک کهکشان دوردست 

واژه نامه:

black hole - galaxy - NASA - Galaxy Evolution Explorer - GALEX - Hubble Space Telescop - PG 1302-102 - diameter - solar system - supernova - California Institute of Technology - Catalina Real-Time Transient Survey - Nature - ultraviolet - David Schiminovich - Columbia University - wavelength - Daniel D'Orazio - blue shifting - siren - solar system - Oort cloud - comet - relativistic speed - Caltech - Zoltán Haiman - holy grail - gravitational wave - ice skater - death spiral - Albert Einstein

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان