تغذیه سیاهچالههای غولپیکر چگونه انجام میشود؟ تلسکوپ جیمز وب پاسخ تازهای ارائه کرد
تغذیه سیاهچالههای غولپیکر یکی از پرسشهای مهم اخترشناسان درباره چگونگی رشد این اجرام عظیم کیهانی است. اکنون دادههای جدید تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) دقیقترین تصویر تاکنون از چگونگی رسیدن گاز به سیاهچالههای ابرپرجرم را ارائه کردهاند.
تصاویر جدید نشان میدهند رشتههای بزرگی از گاز، جو داغ اطراف یک کهکشان را به دیسکی چرخان در نزدیکی سیاهچاله مرکزی متصل میکنند. این دیسک مانند آخرین مخزن مواد پیش از سقوط گاز به درون سیاهچاله عمل میکند و سوخت لازم برای رشد آن را فراهم میسازد.
این پژوهش توسط یک تیم بینالمللی به رهبری دانشگاه مونترال و با همکاری دانشگاه ایالتی میشیگان انجام شده و نتایج آن در مجله The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
تغذیه سیاهچالههای غولپیکر؛ سیاهچالههای ابرپرجرم چگونه رشد میکنند؟
تقریباً در مرکز هر کهکشان بزرگ، یک سیاهچاله ابرپرجرم وجود دارد. جرم این اجرام میتواند میلیونها یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید باشد.
خود سیاهچالهها نور تولید نمیکنند، اما زمانی که حجم زیادی از گاز و غبار به سمت آنها حرکت میکند، این مواد در اثر اصطکاک و فشار بسیار داغ شده و منطقهای بسیار پرانرژی ایجاد میکنند که به آن هسته فعال کهکشانی (AGN) گفته میشود.
این سیاهچالههای فعال مانند موتورهای قدرتمند کیهانی عمل میکنند. آنها میتوانند فورانهای عظیمی از انرژی به نام جت را به فضا پرتاب کنند. این جتها میتوانند گاز اطراف را گرم کرده، روند شکلگیری ستارگان را کاهش دهند و بر تکامل کهکشان طی میلیاردها سال تأثیر بگذارند.
اما این موضوع یک پرسش بزرگ ایجاد میکند: اگر سیاهچاله با جتهای خود گاز اطراف را گرم کند، چگونه دوباره همان گاز را برای تغذیه خود به دست میآورد؟
تغذیه سیاهچالههای غولپیکر؛ چرخه خودتنظیمی تغذیه سیاهچالهها
پژوهشگران سالها تصور میکردند که سیاهچالهها ممکن است یک چرخه خودتنظیمی داشته باشند.
بر اساس این نظریه، گازی که توسط فعالیت سیاهچاله گرم شده است، در طول زمان دوباره سرد میشود. این گاز سردشده میتواند به ساختارهای باریک و طولانی به نام رشتههای گازی تبدیل شود و دوباره به سمت مرکز کهکشان حرکت کند.
این رشتهها مانند مسیرهایی برای انتقال سوخت عمل میکنند و میتوانند مواد لازم برای ادامه فعالیت سیاهچاله را فراهم کنند.
مشاهدات جدید تلسکوپ جیمز وب شواهد قدرتمندی برای این ایده ارائه کردهاند.
جیمز وب گاز در حال سقوط به سمت سیاهچاله را مشاهده کرد
برای بررسی این فرایند، پژوهشگران کهکشان NGC 4696 را مطالعه کردند. این کهکشان بزرگترین کهکشان مرکزی خوشه قنطورس است؛ مجموعهای متراکم از کهکشانها که حدود ۱۴۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد.
تیم تحقیقاتی نزدیک به هشت ساعت با استفاده از ابزار NIRSpec تلسکوپ جیمز وب این کهکشان را بررسی کرد. این ابزار میتواند نور فروسرخ را به بخشهای مختلف تقسیم کند و به دانشمندان اجازه دهد حرکت، ترکیب و ویژگیهای گاز را بررسی کنند.
دادههای بهدستآمده ساختارهایی را نشان دادند که جزئیات آنها تا حدود ۳۰ سال نوری قابل مشاهده بود؛ دقتی بسیار بالا برای بررسی محیط اطراف یک سیاهچاله در مقیاس کهکشانی.
تغذیه سیاهچالههای غولپیکر؛ دیسک گازی عظیم در اطراف سیاهچاله مشاهده شد
مشاهدات جیمز وب نشان دادند ساختار S شکل در مرکز کهکشان در واقع یک دیسک گازی در حال چرخش در اطراف سیاهچاله ابرپرجرم است.
این دیسک حدود ۸۰۰ سال نوری گستردگی دارد و برخی از گازهای موجود در آن با سرعتی تا ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت میکنند.
مهمترین یافته این بود که این دیسک به یکی از رشتههای بزرگ گازی که به سمت مرکز کهکشان جریان دارد، متصل است. دادهها نشان دادند گاز از طریق این رشته حرکت کرده و وارد دیسکی میشود که مواد مورد نیاز سیاهچاله را تأمین میکند.
این ارتباط مستقیم، یکی از قویترین شواهد تاکنون درباره نقش رشتههای گاز سرد در تغذیه سیاهچالههای غولپیکر محسوب میشود.
تغذیه سیاهچالههای غولپیکر؛ جتهای سیاهچاله چگونه به رشد دوباره آن کمک میکنند؟
نتایج این پژوهش تصویری کاملتر از یک چرخه کیهانی ارائه میدهد:
ابتدا سیاهچاله فعال، جتهایی پرانرژی ایجاد میکند که گاز اطراف را گرم میکنند. سپس بخشی از این گاز به مرور زمان سرد شده و به رشتههای باریک تبدیل میشود.
این رشتهها دوباره به سمت مرکز کهکشان حرکت میکنند و گاز را به دیسک اطراف سیاهچاله میرسانند. در نهایت، این دیسک مواد لازم برای تغذیه سیاهچاله را فراهم میکند و سیاهچاله دوباره انرژی تولید میکند.
به این ترتیب، سیاهچاله ممکن است شرایطی را ایجاد کند که در آینده سوخت مورد نیاز خودش را دوباره فراهم کند.
شبیهسازیهای رایانهای یافتههای جیمز وب را تأیید کردند
پژوهشگران علاوه بر مشاهدات تلسکوپ جیمز وب، از شبیهسازیهای پیشرفته رایانهای نیز استفاده کردند.
این شبیهسازیها نشان دادند حرکت و تراکم گاز میتواند مشابه آنچه در تصاویر جیمز وب دیده شده رخ دهد. نتایج از این ایده حمایت میکنند که ترکیبی از گازهای سرد، میدانهای مغناطیسی و جتهای سیاهچاله در یک چرخه هماهنگ با یکدیگر فعالیت میکنند.
این مطالعه به دانشمندان کمک میکند درک بهتری از رابطه میان سیاهچالههای ابرپرجرم و کهکشانهای میزبان آنها به دست آورند؛ رابطهای که نقش مهمی در شکلگیری و تغییر کهکشانها در طول تاریخ کیهان دارد.
