رفتار عجیب یک ستاره دست یک سیاهچاله را رو کرد

اخترشناسان با بهره از دستگاه میوز (MUSE) روی تلسکوپ بسیار بزرگ (وی‌ال‌تی) در رصدخانه‌ی جنوبی اروپا در شیلی، ستاره‌ای را در خوشه‌ی کروی ان‌جی‌سی ۳۲۰۱ در فاصله‌ی ۱۶,۳۰۰ سال نوری زمین یافته‌اند که رفتاری بسیار شگفت‌انگیز دارد. به نظر می‌رسد این ستاره دارد دور سیاهچاله‌ای به جرم حدود چهار برابر خورشید می‌گردد- این نخستین سیاهچاله‌ی ستاره‌وار (با جرم ستاره) غیرفعالیست که در یک خوشه‌ی ستاره‌ای کروی یافته می‌شود و همچنین نخستین موردیست که به طور مستقیم از روی کشش گرانشی‌اش شناسایی می‌شود. این کشف مهم بر شناخت ما از پیدایش این خوشه‌های ستاره‌ای، سیاهچاله‌ها، و سرچشمه‌های امواج گرانشی اثر می‌گذارد.

برداشت هنری از سیاهچاله‌ی ستاره‌وار در خوشه‌ی ستاره‌ای کروی ان‌جی‌سی ۳۲۰۱. این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر (۱.۴ مگ)

خوشه‌های ستاره‌ای کروی گوی‌های غول‌پیکری از ده‌ها هزار ستاره‌‌‌اند که در هاله‌ی بیشتر کهکشان‌ها به گرد آنها می‌چرخند. آنها از جمله‌ی پیرترین سامانه‌های ستاره‌ای کیهانند و تاریخ زندگیشان به حدود روزگار آغاز فرگشت کهکشان‌ها می‌رسد. تاکنون بیش از ۱۵۰ خوشه‌ی کروی برای راه شیری شناسایی شده.

این خوشه در صورت فلکی جنوبی بادبان جای دارد. یک گروه بین‌المللی از اخترشناسان پی برده‌اند که یکی از ستارگان این خوشه [۱] بسیار عجیب رفتار می‌کند: دارد با سرعت‌ چند صدهزار کیلومتر بر ساعت به پس و پیش [نسبت به زمین] جابجا می‌شود، و این کار را با الگویی ۱۶۷ روزه تکرار می‌کند.

نویسنده‌ی اصلی پژوهش، بنیامین گایزرز از دانشگاه گوتینگن آلمان، شیفته از رفتار این ستاره می‌گوید: «این ستاره داشت دور چیزی کاملا پنهان، با جرم بیش از ۴ برابر خورشید می‌چرخید- این تنها می‌توانست یک سیاهچاله باشد! نخستین سیاهچاله‌ در یک خوشه‌ی کروی که با مشاهده‌ی مستقیم کشش گرانشی‌اش یافته شده.»

رابطه‌ی میان سیاهچاله‌ها و خوشه‌های ستاره‌ای رابطه‌ای مهم ولی رازگونه است. به باور دانشمندان، این خوشه‌ها به دلیل جرم بسیار و سن بالا شمار فراوانی سیاهچاله‌ی ستاره‌وار درست کرده‌اند: ستارگان بزرگی که درونشان منفجر شده بوده و [پسمانده‌هایشان] در درازنای عمر بلند خوشه رمبیده و سیاهچاله ساخته‌اند [۲][۳].

دستگاه میوزِ رصدخانه‌ی جنوبی اروپا این امکان ویژه را به اخترشناسان می‌دهد تا حرکت هزاران ستاره‌ی دوردست را همزمان بسنجند. با این کشف تازه، اخترشناسان توانسته‌اند برای نخستین بار سیاهچاله‌ی غیرفعالی را در قلب یک خوشه‌ی کروی ببینند؛ سیاهچاله‌ای که اکنون چیزی نمی‌بلعد و با قرص درخشانی از گاز [قرص برافزایشی] هم در بر گرفته نشده. آنها این سیاهچاله را از روی حرکت یک ستاره که در دام گرانش نیرومند آن افتاده شناسایی کردند [۵].

این ستاره با توجه به ویژگی‌های دیده شده‌اش حدود ۰.۸ خورشید جرم دارد و جرم همدم اسرارآمیزش هم چیزی حدود ۴.۳۶ برابر خورشید برآورد می‌شود- بنابراین تقریبا با قاطعیت می‌توان آن را یک سیاهچاله دانست [۶].

رصد چشمه‌های رادیویی و پرتو X در خوشه‌های کروی، و همچنین آشکارسازی امواج گرانشی که در پی ادغام دو سیاهچاله‌ی ستاره‌وار تولید شده بودند در سال ۲۰۱۶، نشان می‌دهند که این سیاهچاله‌های کوچک در خوشه‌های کروی رایج‌تر از آنند که در گذشته می‌پنداشتیم.

عکس تلسکوپ فضایی هابل از مرکز خوشه‌ی کروی ان‌جی‌سی ۳۲۰۱ در صورت فلکی بادبان. ستاره‌ی مورد گفتگو با دایره‌ی آبی نشان داده شده. این تصویر در اندازه‌های بزرگ- بسیار بزرگ (۴.۵ مگ)

گایزرز می‌گوید: «تا همین اواخر گمان می‌بردیم که پس از مدت کوتاهی، دیگر تقریبا هیچ سیاهچاله‌ی ستاره‌واری نباید در خوشه‌های کروی مانده باشد [به نظر دانشمندان، سیاهچاله‌های ستاره‌وار در خوشه‌های کروی در اثر برهم‌کنش با ستارگان خوشه، به بیرون پرتاب می‌شوند- م]، و سامانه‌هایی مانند این نمی‌بایست دیگر وجود داشته باشند! ولی به روشنی می‌بینیم که چنین نیست- ما برای نخستین بار یک سیاهچاله‌ی ستاره‌وار را از روی اثرهای گرانشی‌اش در یک خوشه‌ی کروی یافته‌ایم. این کشف به ما در شناخت روند پیدایش خوشه‌های کروی و فرگشت سیاهچاله‌ها و سامانه‌های دوتایی کمک می‌کند- چیزی که برای شناخت چشمه‌های امواج گرانشی کلیدی است.»

--------------------------------------------

یادداشت‌ها:

۱] این ستاره در اواخر گام "رشته‌ی اصلی" زندگی‌اش به سر می‌برد و با ته کشیدن سوخت هیدروژنش، دارد یک غول سرخ می‌شود.

۲] اکنون پیمایش گسترده‌ای از ۲۵ خوشه‌ی کروی پیرامون راه شیری با بهره از دستگاه میوز (MUSE) رصدخانه‌ی جنوبی اروپا در جریانست که آگاهی‌های طیفی ۶۰۰ تا ۲۷۰۰۰ ستاره در هر خوشه را برای دانشمندان فراهم خواهد آورد. در این پژوهش "سرعت شعاعی" هر ستاره نیز بررسی می‌شود- سرعتی که هر ستاره با آن در راستای خط دید ما پس و پیش می‌شود. با اندازه‌گیری سرعت شعاعی، مدار هر ستاره، و همچنین ویژگی‌های جرم احتمالی که ستاره به گرد آن می‌چرخد نیز تعیین می‌شود.

۳] در جاهایی مانند خوشه‌های کروی که هیچ ستاره‌ی تازه‌ای ساخته نمی‌شود، سیاهچاله‌های ستاره‌وار به زودی تبدیل به پرجرم‌ترین اجرام آنجا می‌شوند. معمولا سیاهچاله‌های ستاره‌وار در خوشه‌های کروی جرمی حدود چهار برابر ستارگان کم‌جرم پیرامونشان دارند. بر پایه‌ی نظریه‌های تازه، سیاهچاله‌ها هسته‌ی چگالی در خوشه می‌سازند که آن هم سپس از دیگر مواد خوشه جدا می‌شود. بر پایه‌ی این سناریو، جنبش‌های مرکز خوشه باعث می‌شود بیشتر این ستاهچاله‌ها به بیرون از خوشه پرتاب شوند، بنابراین با گذشت میلیاردها سال، تنها اندکی از آنها می‌توانند در خوشه بمانند.

۴] سیاهچاله‌های ستاره‌وار یا "رُمب‌اخترها" زمانی پدید می‌آیند که ستارگان بزرگ در پایان زندگی، زیر فشار گرانش خود می‌رمبند و دستخوش انفجارهای نیرومند فرانواختری می‌شوند. چیزی که به جا می‌ماند سیاهچاله‌ایست که از بیشترِ مواد ستاره‌ی منفجر شده درست شده و می‌تواند تا چند برابر سنگین‌تر از خورشید باشد.

۵] از آنجایی که حتی نور هم نمی‌تواند از گرانش سهمگین سیاهچاله بگریزد، روش اصلی برای یافتن آنها جستجو در طیف‌های پرتوهای X یا رادیویی است که از مواد داغ پیرامونشان گسیلیده می‌شود. ولی اگر یک سیاهچاله‌ در زمان مشاهده هیچ برهم‌کنشی به همراه مواد داغ نداشته و هیچ قرصی به گرد خود درست نکرده که پرتویی بگسیلند -مانند همین مورد، این سیاهچاله "غیرفعال" و نادیدنی خواهد بود که از همین رو برای یافتنش به روش‌های دیگری نیازست.

۶] برای شناسایی جرم بی‌نور در این سامانه‌های دوتایی روش‌هایی جایگزین وجود دارد که البته برای شناسایی چیستی آن دقت بسیار کمتری دارند. این سامانه می‌تواند یک سامانه‌ی سه‌تایی باشد: همین ستاره‌ی دیده شده و دو ستاره‌ی نوترونی بسیار نزدیک به هم، که ستاره دارد به گرد آنها می چرخد [ستاره‌ی نوترونی اگر باریکه‌ی الکترومغناطیس نگسیلد یا سرد شده باشد- دیدارناپذیر خواهد بود-م]. در این نظریه، جرم آن دو ستاره‌ی نوترونی می‌بایست دستکم دو برابر خورشید باشد، یک جرم دوتایی که تاکنون هرگز دیده نشده.

--------------------------------------------

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

ESO - MUSE - Very Large Telescope - Chile - NGC 3201 - black hole - Sun - globular cluster - star - galaxy - Milky Way - constellation of Vela - The Sails - Benjamin Giesers - Georg-August-Universität Göttingen - Germany - stellar-mass black hole - radio - X-ray - gravitational wave - binary system - main sequence - hydrogen - red giant - radial velocity - Earth - collapsar - hypernova - triple star system - neutron star

منبع: eso

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان