بیداری شگفت انگیز غول خفته کیهانی: سیاه چاله ای که دانشمندان را به چالش کشید

به گزارش بخش اخبار علمی زوم تک , در رویدادی که مرزهای دانش ما از کیهان را به چالش می‌کشد، گروهی از ستاره‌ شناسان برای نخستین بار موفق به ثبت لحظه‌ای بی‌ نظیر شده‌اند: بیدار شدن یک سیاه چاله عظیم. این پدیده نادر و شگفت‌ انگیز، که در اعماق فضا رخ داده است، دریچه‌ای نو به سوی درک ما از ماهیت این اجرام مرموز و تاثیر آن‌ ها بر ساختار کیهانی می‌گشاید. مشاهدات دقیق این رویداد، که با استفاده از پیشرفته‌ ترین تلسکوپ‌های جهان به دست آمده، نه تنها نظریه‌ های پیشین درباره چگونگی فعال شدن سیاه چاله‌ها را تایید می‌کند، بلکه پرسش‌ های جدیدی را نیز در ذهن دانشمندان برانگیخته است. این کشف خارق‌ العاده، فصلی تازه در تاریخ اخترشناسی خواهد گشود و ما را یک گام دیگر به فهم اسرار پنهان جهان هستی نزدیک‌ تر خواهد کرد.

طلوع هیولا: اخترشناسان شاهد بیداری بی‌سابقه یک سیاه چاله غول‌ پیکر بودند

در پهنه بیکران کیهان، پدیده هایی وجود دارند که تخیل ما را به بازی می گیرند و درک ما از قوانین فیزیک را به چالش می کشند. سیاه چاله ها، این غول های گرانشی نامرئی، بدون شک در صدر فهرست این شگفتی های کیهانی قرار دارند. اغلب وقتی نام سیاه چاله به گوش میرسد، تصویری از حفره ای تاریک و ویرانگر در فضا به ذهن می آید که هر چیزی، حتی نور را، بی رحمانه می بلعد. اما حقیقت پیچیده تر از این تصور رایج است. سیاه چاله ها همیشه در حال فعالیت و بلعیدن ماده نیستند. در واقع، بسیاری از آنها دوره های طولانی سکوت و آرامش را سپری می کنند، گویی در خوابی عمیق فرو رفته اند و منتظر فرصتی برای بیداری هستند.

تا همین اواخر، دانشمندان و ستاره شناسان هرگز به صورت مستقیم و در زمان واقعی، شاهد فرآیند “بیدار شدن” یک سیاه چاله از خواب کیهانی اش نبوده اند. اما این وضعیت در سال های اخیر دست خوش تغییری شگرف شده است. از سال ۲۰۱۹، توجه دانشمندان به یک سیاه چاله بسیار بزرگ جلب شده است که پس از دوره ای طولانی سکوت، فعالیت خود را از سر گرفته است. این رویداد نادر که در کهکشانی دوردست رخ داده، نه تنها فرصتی بی نظیر برای مطالعه رفتار این اجرام مرموز فراهم کرده، بلکه بسیاری از نظریه های پیشین در مورد چرخه زندگی و تحولات سیاه چاله ها را نیز با پرسش های جدی مواجه ساخته است.

ماجرای بیداری یک غول خفته

این سیاه چاله شگفت انگیز در قلب کهکشانی به نام SDSS1335+0728 قرار دارد. این کهکشان در فاصله ای حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری از کره زمین و در محدوده صورت فلکی “سنبله” (یا دوشیزه) واقع شده است. برای دهه های متمادی، مرکز این کهکشان و سیاه چاله عظیم الجثه ای که در آن سکونت دارد، هیچ نشانه قابل توجهی از فعالیت از خود بروز نمیداد. اخترشناسان آن را در دسته کهکشان های آرام طبقه بندی کرده بودند. اما در اواخر سال ۲۰۱۹، ورق برگشت. ناگهان، مرکز این کهکشان شروع به درخشیدن کرد، نوری که پیش از آن وجود نداشت. این درخشش ناگهانی، زنگ خطری برای دانشمندان بود؛ نشانه ای مبنی بر اینکه غول خفته در مرکز کهکشان در حال بیدار شدن است.

این کهکشان که اکنون به دلیل این رویداد غیر منتظره، لقب “آنسکی” (Ansky) را نیز یدک می کشد، به سرعت به عنوان یک “هسته کهکشانی فعال” (AGN) مجددا طبقه بندی شد. هسته های کهکشانی فعال، مناطقی بسیار پر انرژی در مرکز برخی کهکشان ها هستند که توسط فعالیت یک سیاه چاله کلان جرم تغذیه می شوند. برای درک بهتر این پدیده بی سابقه، تیمی بین المللی از دانشمندان با استفاده از مجموعه ای از قدرتمندترین تلسکوپ های فضایی و زمینی متعلق به ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA)، مشاهدات دقیقی را آغاز کردند.

پاولا سانچز سائز، محققی از رصدخانه جنوبی اروپا در آلمان که رهبری تیم اولیه مطالعه آنسکی را بر عهده داشت، در این باره می گوید: “لحظه ای که متوجه شدیم آنسکی در تصاویر نوری به طرز چشمگیری روشن تر شده است، بلافاصله مشاهدات تکمیلی را با استفاده از تلسکوپ فضایی اشعه ایکس سوئیفت آغاز کردیم. همزمان، داده های آرشیوی تلسکوپ اشعه ایکس ای‌روزیتا را نیز مورد بازبینی قرار دادیم. اما نکته جالب اینجا بود که در آن مقطع زمانی اولیه، هیچ اثری از انتشار پرتوهای پر انرژی ایکس مشاهده نکردیم.” این عدم وجود تابش ایکس در مراحل اولیه بیداری، خود معمای دیگری به ماجرا اضافه میکرد.

ظهور پرتوهای ایکس و معمای فوران های دوره ای

سکوت در باند اشعه ایکس دیری نپایید. از فوریه سال ۲۰۲۴، وضعیت تغییر کرد. لورنزا هرناندز-گارسیا، پژوهشگری از دانشگاه والپارایسو در شیلی، متوجه الگوهای جدیدی در رفتار آنسکی شد. او شروع به شناسایی انفجارهای منظم تری از پرتو ایکس از مرکز این کهکشان کرد. این رویدادهای نادر که به “فوران های شبه دوره ای” یا QPE (Quasi-Periodic Eruptions) معروف هستند، فرصتی دوباره به ستاره شناسان داد تا ابزارهای دقیق تر خود، از جمله تلسکوپ فضایی ایکس‌ام‌ام نیوتن، تلسکوپ های چاندرا، نایسر و همچنین سوئیفت را مجددا به سمت آنسکی نشانه بگیرند.

هرناندز-گارسیا توضیح می دهد: “فوران های شبه دوره ای، رویدادهایی کوتاه مدت اما بسیار پر انرژی هستند که طی آن ها، درخشندگی منبع در باند اشعه ایکس به طور چشمگیری و به صورت تقریبا دوره ای افزایش می یابد. آنچه مشاهده آنسکی را بسیار هیجان انگیز می کند این است که ما برای نخستین بار شاهد وقوع چنین پدیده ای در یک سیاه چاله هستیم که به نظر می رسد درست در همان لحظه در حال بیدار شدن و فعال شدن است.”

در این میان، تلسکوپ فضایی ایکس‌ام‌ام نیوتن نقش کلیدی ایفا کرده است. این تلسکوپ به دلیل حساسیت فوق العاده بالای خود، تنها ابزاری بود که می توانست نور پس زمینه ضعیف اشعه ایکس را در فواصل بین انفجارهای قدرتمندتر ثبت کند. با مقایسه داده های مربوط به دوره های آرامتر و دوره های فعال تر (زمان وقوع فوران های شبه دوره ای)، دانشمندان توانستند میزان انرژی آزاد شده توسط آنسکی را در زمان فعالیت شدیدترش محاسبه کنند و به درک بهتری از مقیاس این رویداد برسند.

چالشی برای مدل های موجود

اما این فوران های شبه دوره ای مشاهده شده در آنسکی، با آنچه پیش از این دیده شده بود، تفاوت های چشمگیری داشت و همین موضوع، دانشمندان را با چالش جدیدی روبرو کرد. به طور کلی، سیاه چاله ها هر چیزی را که بیش از حد به افق رویدادشان نزدیک شود، نابود می کنند. اما نحوه تعامل اجرام مختلف با گرانش سیاه چاله متفاوت است. به عنوان مثال، وقتی ستاره ای به یک سیاه چاله کلان جرم نزدیک می شود، تحت تاثیر نیروهای کشندی شدید، متلاشی شده و مواد آن به شکل یک دیسک داغ و درخشان به نام “قرص برافزایشی” در اطراف سیاه چاله شروع به چرخش می کند. بسیاری از ستاره شناسان معتقدند که فوران های شبه دوره ای معمولا زمانی رخ می دهند که سیاه چاله در حال بلعیدن یک جرم نسبتا کوچک مانند یک ستاره یا حتی یک سیاه چاله کوچکتر باشد و این جرم با قرص برافزایشی اطراف سیاه چاله اصلی برهمکنش داشته باشد.

اما در مورد آنسکی، هیچ مدرک مستقیمی دال بر وقوع یک رویداد “اختلال کشندی” (Tidal Disruption Event) – یعنی متلاشی شدن یک ستاره – وجود ندارد. جوهین چاکرابورتی، دانشجوی دکتری در MIT و یکی از نویسندگان مقاله این پژوهش، بر این تفاوت ها تاکید می کند: “انفجارهای اشعه ایکس آنسکی بسیار طولانی تر و درخشان تر از نمونه های قبلی فوران های شبه دوره ای هستند؛ تقریبا ده برابر! علاوه بر این، هر کدام از این فوران ها صد برابر بیشتر از آنچه در موارد دیگر دیده ایم، انرژی آزاد می کنند. نکته قابل توجه دیگر، دوره تناوب بسیار طولانی این فوران هاست که حدود ۴.۵ روز به طول می انجامد؛ طولانی ترین دوره تناوبی که تا به حال برای این پدیده ثبت شده است.”

در جستجوی توضیحات جدید

این ویژگی های غیر عادی نور و انرژی ساطع شده از آنسکی، به سادگی با مدل های رایج قابل توضیح نیست. بنابراین، ستاره شناسان اکنون باید به دنبال توضیحات جایگزین و مدل های جدیدی برای توجیه رفتار منحصر به فرد این سیاه چاله بیدار شده باشند. یک نظریه محتمل این است که قرص برافزایشی اطراف آنسکی، نه از بقایای یک ستاره متلاشی شده، بلکه از گازهای موجود در محیط میان کهکشانی نزدیک به مرکز کهکشان تشکیل شده باشد که به تدریج توسط گرانش سیاه چاله به سمت آن کشیده شده اند.

اگر این فرضیه درست باشد، آنگاه فوران های شبه دوره ای اشعه ایکس می تواند ناشی از عبور مکرر یک جرم کوچک (مانند یک ستاره دیگر یا حتی یک سیاه چاله کوچکتر) از میان این دیسک گازی باشد. این عبورهای متوالی می تواند باعث ایجاد امواج شوک پر انرژی در دیسک شده و مواد در حال چرخش را برهم زده و منجر به تولید انفجارهای دوره ای پرتو ایکس شود.

در حال حاضر، تعداد مدل های نظری برای توضیح فوران های شبه دوره ای، بیشتر از تعداد مشاهدات واقعی این پدیده هاست. اما با بیداری آنسکی و امکان مطالعه دقیق آن، این وضعیت ممکن است به زودی تغییر کند. همانطور که هرناندز-گارسیا اشاره می کند: “ما هنوز به طور قطعی نمی دانیم چه چیزی باعث این پدیده های شگفت انگیز می شود. اما مطالعه دقیق آنسکی و رفتار منحصر به فرد آن، بدون شک به ما کمک خواهد کرد تا درک عمیق تری از سیاه چاله ها، نحوه تعامل آن ها با محیط اطرافشان و چگونگی تکاملشان در طول زمان کیهانی پیدا کنیم.”

این پژوهش هیجان انگیز که دریچه ای نو به سوی درک رفتار سیاه چاله ها گشوده، در تاریخ ۱۱ آوریل در مجله معتبر Nature Astronomy منتشر شده است و بدون شک تحقیقات بیشتری را در آینده به دنبال خواهد داشت. بیداری آنسکی یادآور این نکته است که کیهان همواره پر از شگفتی های پیش بینی نشده است و ما تازه در آغاز راه شناخت اسرار آن هستیم.