اخترشناسان چگونه جرم یک سیاهچاله را اندازه می‌گیرند؟

* پرسش: اخترشناسان چگونه جرم یک ستاره‌ی نوترونی یا سیاهچاله را اندازه می‌گیرند؟

* پاسخ: اخترشناسان از چند راه می‌توانند جرم را اندازه بگیرند. ساده‌ترین راه زمانی‌ست که جرم عضو یک سامانه‌ی دوتایی است. تفاوت نمی‌کند چه اجرامی در سامانه باشند - دو ستاره، یک ستاره و یک ستاره‌ی نوترونی، یک ستاره و یک سیاهچاله، ووو- هر چه باشند مدارشان پیرو قوانین حرکت کپلر است که به یک دانشمند اجازه می‌دهد جرم را بر پایه‌ی سرعت اجرام و اندازه‌ی مدار دوجانبه‌شان اندازه بگیرد. افزون بر این، هنگامی که دو جرم مانند ستارگان نوترونی یا سیاهچاله‌ها با هم ادغام می‌شوند، امواج گرانشی‌ای که می‌آفرینند به اخترشناسان درباره‌ی جرم اعضای آغازین، و همچنین جرم چیزی که از ادغامشان به جا گذاشته‌اند می‌گوید.

اندازه‌گیری جرم یک ستاره‌ی نوترونی در یک سامانه‌ی دوتایی کاری ساده است (در این برداشت هنری ستاره‌ی نوترونی را سمت راست می‌بینیم که دارد مواد را از همدم سستاره‌ای خود در سمت چپ می‌کشد). باخترشناسان با دیدن چرخش دو جرم به گرد یکدیگر می‌توانند از قوانین حرکت کپلر بهره جسته و جرم آنها را به دست آورند.

ولی برای یک ستاره‌ی نوترونیِ تنها یا یک سیاهچاله‌ی تنها چه؟

یک ستاره‌ی نوترونی می‌تواند یک تپ‌اختر باشد. تپ‌اخترها ستارگان نوترونی چرخانی‌اند که باریکه‌هایی از پرتوهای پرانرژی از قطب‌هایشان بیرون می‌گسیلند. اگر این باریکه‌ها از شانس، رو به زمین بشوند، اخترشناسان می‌توانند چشمه‌ی آن را به عنوان یک ستاره‌ی نوترونی شناسایی کنند. سیگنال‌های یک تپ‌اختر همگام با چرخش آن با دوره‌ای منظم پدیدار می‌شوند. 

و برخی از تپ‌اخترها گِلِس‌هایی (نقص، glitch) دارند که باعث می‌شود آنها به طور زودگذر و موقت سریع شوند. به باور اخترشناسان، گلس‌ها دستاورد برهم‌کنش میان مواد هسته‌ی ستاره‌ی نوترونی و پوسته‌ی آن هستند. ردیابی یک گلس در زمان رخ دادنش می‌تواند درباره‌ی دمای درونی ستاره به ما آگاهی بدهد. 

پژوهشی که سال ۲۰۱۵ در نشریه‌ی ساینس ادونسز منتشر شده بود نشان می‌داد که اگر پژوهشگران سن ستاره‌ی نوترونی را بدانند، می‌توانند با بهره از گلس‌ها دمای کنونیِ درونِ آن را اندازه بگیرند و آن را با مدل‌هایی از شکل احتمالیِ درونِ ستاره‌ی نوترونی مقایسه کنند. این مدل به نوبه‌ی خود به پژوهشگران اجازه می‌دهد جرم ستاره را بر پایه‌ی دما و سن آن اندازه بگیرند.

جرم یک سیاهچاله‌ی ستاره‌ایِ تنها (سیاهچاله‌ی ستاره‌وار، سیاهچاله‌ای که از مرگ یک تک-ستاره‌ پدید آمده) را نمی‌توان با دقت اندازه گرفت، ولی جرم ابرسیاهچاله‌ی مرکزی یک کهکشان را می‌توان محاسبه کرد. دلیلش اینست که اخترشناسان به رابطه‌ای میان جرم یک ابرسیاهچاله (سیاهچاله‌ی ابرپرجرم) و جرم ساختار کره‌گونِ پیرامونش (کوژ مرکزی کهکشان) دیده‌اند. همچنین پیوندی (رابطه‌ای) میان حرکت ستارگان در کوژ کهکشان و جرم ابرسیاهچاله‌اش وجود دارد. بنابراین اخترشناسان می‌توانند یکی یا هر دوی این مقدارها را اندازه بگیرند و جرمِ ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان را به دست آورند.

با این همه درباره‌ی ابرسیاهچاله‌ی مرکز کهکشان راه شیری، اخترناسان جابجایی ستارگان پیرامون آن را در درازنای چند سال مشاهده کرده‌اند. این به آنان اجازه داده تا با بهره از قوانین کپلر جرم آن را اندازه بگیرند: ۴.۳ میلیون برابر جرم خورشید.

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

تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:

neutron star - black hole - binary system - star - Kepler’s laws - gravitational wave - pulsar - Earth - glitch - Science Advances - stellar-mass black hole - galaxy - supermassive black hole - spheroidal - bulge - Milky Way - solar mass.

منبع: Astronomy.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان