راز تاریکی که سیاهچاله‌ها را فراگرفته!

سرانجام محققان متوجه شده‌اند که سیاهچاله‌ها چگونه می‌توانند انرژی خود را به شکل جت‌هایی تا حدود ۱۰ برابر کهکشان راه شیری، به اطراف پرتاب کنند.

به گزارش خبرآنلاین، معمای این که چگونه سیاهچاله‌ها می‌توانند انرژی خود را به محیط اطراف خود پراکنده کند، تقریباً ۵۰ سال است که دانشمندان را درگیر کرده است. اما ممکن است گروهی از محققان به تازگی پاسخ این معمای کیهانی را در انرژی‌ای که یکی از هیولاترین سیاهچاله‌های جهان که به خوبی مطالعه شده است، به بیرون پرتاب می‌کند، یافته باشند.

به طور کلی تصور می‌شود که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از کشش گرانشی شدید سیاهچاله فرار کند، اما این کاملاً درست نیست. از اواخر دهه ۱۹۷۰، دانشمندان این نظریه را مطرح کردند که وقتی یک سیاه‌چاله با سرعت بسیار زیاد می‌چرخد، می‌تواند انرژی دورانی خود را به شکل جت‌های انرژی عظیمی که عمود بر افق رویداد سیاه‌چاله پرتاب می‌کنند، از دست بدهد، یا به شکل مرزی که هیچ چیز فراتر از آن نمی‌تواند خارج شود؛ البته ممکن است این انرژی عظیم از طریق پیچش گرانشی پیچیده از سیاهچاله‌ها فرار کند، اما این یک مسیر کاملا متفاوت است.

تصویری از تلسکوپ هابل از یکی از جت‌های انرژی که از کهکشان M ۸۷ پرتاب می‌شود.

با این حال، علیرغم شناسایی چندین بار این جت‌های انرژی و حتی عکس‌برداری از آنها، دانشمندان مطمئن نیستند که چگونه انرژی بین سیاهچاله‌های در حال چرخش و جریان‌های سوپرشارژ آن‌ها منتقل می‌شود. برای حل این مشکل، محققان دانشگاه پرینستون توجه خود را به سیاهچاله M ۸۷*، سیاهچاله‌ای بسیار پرجرم با جرم معادل ۶.۵ میلیارد خورشید در قلب کهکشان عظیم «مسیه ۸۷»، که در فاصله ۵۳ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد، معطوف کرده‌اند.

M ۸۷* یکی از سیاهچاله‌هایی است که در کیهان به خوبی مطالعه شده‌است. در سال ۲۰۱۹، M ۸۷* اولین سیاهچاله‌ای بود که مستقیماً از آن عکس‌برداری شد و در آوریل امسال، دانشمندان همچنین تصویری از جت‌های انرژی در حال شکل‌گیری در اطراف غارنورد کیهانی را برای اولین بار ثبت کردند. در ماه سپتامبر، محققان همچنین چرخش M ۸۷* را پس از مشاهده تکان خوردن آن بر روی محور خود، که اولین باری است که چرخش یک سیاهچاله تایید می‌شود، به دقت اندازه‌گیری کردند.

تصویر از M ۸۷* که در آوریل منتشر شد، اولین تصویر از جت‌های انرژی است که از یک سیاهچاله دور می‌شوند.

تیم محققان در مطالعه جدید خود بر روی جت‌های انرژی M ۸۷* تمرکز کردند تا چگونگی شکل‌گیری آن‌ها را ببینند. این جت‌های انرژی «اساساً مانند شمشیر‌های نوری جدی به طول میلیون‌ها سال نوری هستند» که می‌توانند تا حدود ۱۰ برابر کهکشان راه شیری گسترش پیدا کنند و مقادیر «واقعاً دیوانه‌کننده» انرژی آزاد کنند.

اما چگونه تمام انرژی از سیاهچاله رانده می‌شود؟

این تیم دریافتند که در نتیجه چرخش M ۸۷* با کشیدن خطوط میدان مغناطیسی مارپیچی که توسط دیسک‌های برافزایشی ایجاد می‌شوند، حلقه‌های چرخشی پلاسمای فوق‌گرم که افق رویداد را احاطه کرده‌اند، کند می‌شود و سیاه‌چاله را قطع می‌کند. با کاهش سرعت چرخش سیاهچاله، انرژی اضافی در پرتو‌ها آزاد می‌شود.

در حالی که این موضوع قبلا پیش‌بینی شده بود، برای اولین بار، محققان به طور دقیق چگونگی پیچش این خطوط نامرئی را با استفاده از مدل‌های رایانه‌ای جدید بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط تلسکوپ افق رویداد ترسیم کردند.

تصویر میدان گسترده‌ای از کهکشان «مسیه ۸۷» با تصویر بزرگ‌نمایی شده از جت‌های انرژی که از کهکشان خارج می‌شوند (مربع بالا) و اولین تصویر تلسکوپ افق رویداد از سیاهچاله فوق پرجرم M ۸۷* (مربع پایین).

این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که هر سیاهچاله ممکن است به این ترتیب انرژی خود را از دست ندهد. این تیم نشان داد که جهت میدان‌های مغناطیسی مارپیچی تعیین می‌کند که جت‌های انرژی به کدام سمت هدایت شود. محققان دریافتند که اگر میدان‌های اطراف سیاه‌چاله دیگری در جهت مخالف مارپیچی شوند، آنگاه انرژی به افق رویداد فرستاده می‌شود و توسط آن سیاه‌چاله بلعیده می‌شود.

با این حال، اگر چه مدل جدید به خوبی با مشاهدات جت‌ها مطابقت دارد، تیم نمی‌تواند رد کند که چیز دیگری، مانند منبع ناشناخته دیگری از پلاسمای دوار، ممکن است پرتو‌ها را تغذیه کند؛ بنابراین در حال حاضر، این معما از نظر فنی حل نشده باقی مانده است.

محققان بر این باورند که به احتمال زیاد سیاهچاله به جت نیرو می‌دهد، اما هنوز نمی‌توان آن را ثابت کرد. با این حال، این تیم امیدوار است که مشاهدات آینده از طریق تلسکوپ‌های نسل بعدی بتواند به اثبات یافته‌های آن‌ها بدون هیچ تردیدی کمک کند.