ماموریتی که اسرار جتِ سیاهچاله‌ها را برملا می‌کند.
مجله علمی ایلیاد – سیاهچاله‌ها به خورنده‌های گرسنه معروف شده‌اند، اما آن‌ها هر چیزی که درون‌شان سقوط می‌کند را نمی‌خورند. بخش کوچکی از مواد بصورت جت‌های گازی داغ و قدرتمند به‌نام «پلاسما» پس زده می‌شوند؛ این مواد می‌توانند اطراف‌شان را ویران کنند. در طول مسیر، این پلاسما به اندازه‌ای انرژی پیدا می‌کند که نور را با قدرت ساطع می‌کند و دو ستون درخشان را در طول محور چرخش سیاهچاله تشکیل می‌دهد. دانشمندان برای مدت‌های طولانی در مورد مکان و چگونگی تشکیل این جت‌ها بحث کرده‌اند.
ستاره‌شناسان نشانه‌های جدیدی در مورد این رمز و راز کشف کرده‌اند. با استفاده از تلسکوپ فضایی «NuSTAR» ناسا و دوربین پرسرعتی به‌نام «ULTRACAM» در رصدخانه‌ی ویلیام هرشل در لاپالمای فرانسه، دانشمندان توانستند مسافتی که ذرات موجود در جت قبل از ساطع شدن و تبدیل شدن به منبع اصلی نور طی می‌کنند را اندازه بگیرند. این مسافت «منطقه‌ی شتاب» نامیده می‌شود.
دانشمندان دو سیستم در کهکشان راه شیری تحت عنوان «دوتایی اشعه‌ی ایکس» را بررسی کرده و کشف کردند که هر کدام از آن‌ها از سیاهچاله‌ای تشکیل شده که از ستاره‌ای معمولی تغذیه می‌کنند. آن‌ها این سیستم‌ها را در نقاط مختلف در دوران انفجار بررسی کردند، یعنی زمانی که قرص برافزایشی به‌خاطر موادی که درون آن سقوط می‌کند، می‌درخشد.
منظومه‌ای به‌نام «V404 Cygni» در ژوئن سال ۲۰۱۵ زمانی که دانشمندان آن‌را رصد کردند به اوج درخشش خود رسید. در آن زمان، این منظومه درخشان‌ترین انفجار را از سمت دوتایی اشعه ایکس تجربه کرد که در قرن بیست و یکم مشاهده شد. منظومه‌ی دیگری که «GX 339-4» نامیده می‌شود در هنگام رصد به کمتر از ۱ درصد از حداکثر درخشش خود رسید. این ستاره و سیاهچاله‌ی GX 339-4 در مقایسه با منظومه‌ی V404 Cygni به یکدیگر خیلی نزدیک‌تر هستند.
علی‌رغم این اختلاف‌ها، زمانی که NuSTAR برای اولین بار نور اشعه‌ی ایکس و ULTRACAM شعله‌های نور مرئی را پس از آن کشف کردند، این منظومه‌ها تأخیرات زمانی مشابهی تقریبأ به‌مدت یک‌دهم ثانیه را نشان دادند. این تأخیر کمتر از یک چشم بر هم زدن است، اما برای فیزیکِ جت‌های سیاهچاله معنادار است.
«پوشاک گاندی»، نویسنده‌ی ارشد مطالعه و ستاره‌شناس در دانشگاه ساوتهمپتون انگلیس گفت: «احتمال این است که فیزیک جت با اندازه‌ی این قرص تعیین نشود، بلکه در عوض با سرعت، دما و خواص دیگر ذرات در مبنای جت مشخص گردد.»
بهترین نظریه‌ای که دانشمندان در توضیح این نتایج ارائه می‌دهند این است که نور اشعه‌ی ایکس از ماده‌ای بسیار نزدیک به سیاهچاله ناشی شده است. میدان‌های مغناطیسی قدرتمند بعضی از این مواد را با سرعت بالایی در طول جت سوق می‌دهند. این امر باعث می‌شود ذرات در نزدیکی سرعت نور به‌هم برخورد کنند، به پلاسما انرژی بدهند تا زمانی که شروع به انتشار جریان تابش نوری کند و ULTRACAM آن‌را ثبت کند.
این رویداد در کجای جت رخ می‌دهد؟
تأخیرِ اندازه‌گیری شده بین پرتوی نوری و اشعه‌ی ایکس، این رویداد را توضیح می‌دهد. با ضربِ این مقدار از زمان در سرعت ذرات که تقریبأ برابر با سرعت نور است، دانشمندان حداکثر فاصله‌ی طی شده را تعیین می‌کنند.
این گستره ۳۰ هزار کیلومتری منطقه‌ی شتاب درونی جت را نشان می‌دهد، یعنی جایی‌که پلاسما قدرتمندترین شتاب را تجربه می‌کند و با انتشار نور ساطع می‌شود. این مقدار سه برابر کمتر از قطر زمین است، اما از لحاظ کیهانی کوچک است، به ویژه با در نظر گرفتن اینکه سیاهچاله در V404 Cygni به‌طور کلی به اندازه‌ی ۳ میلیون کره‌ی زمین است.
«دنیل استرن»، نویسنده‌ی مطالعه و ستاره‌شناس آزمایشگاه پیشرانه‌ی جت ناسا در پاسادنای کالیفرنیا گفت: «ستاره‌شناسان امیدوار هستند مدل‌های مکانیزم‌های قدرتی جت را با استفاده از نتایج این مطالعه اصلاح کنند.»
این اندازه‌گیری‌ها آسان نبودند. تلسکوپ‌های اشعه‌ی ایکس در فضا و تلسکوپ‌های نوری بر روی زمین باید منظومه‌های دوتایی اشعه‌ی ایکس را دقیقأ در زمان انفجار رصد می‌کردند تا تأخیر کوچک بین کشفیات تلسکوپ‌ها را محاسبه می‌کردند. چنین هماهنگی مستلزم برنامه‌ریزی پیچیده بین گروه‌های رصدخانه بود. در واقع، هماهنگی بین NuSTAR و ULTRACAM فقط به مدت یک ساعت در زمان انفجار سال ۲۰۱۵ امکان‌پذیر بود، اما برای محاسبه نتایج شگفت‌آور در مورد منطقه شتاب کافی بود.
همچنین به‌نظر می‌رسد نتایجِ به‌دست آمده با درک دانشمندان از سیاهچاله‌های اَبَرپُرجرم که خیلی بزرگ‌تر از سیاهچاله‌های مطالعه شده بودند، هماهنگ باشند. دانشمندان کشف کردند که در منظومه‌ی پرجرم به‌نام «BL Lacertae» که جرم ستاره‌ی آن ۲۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است، تأخیرات زمانی میلیون‌ها بار بیشتر از چیزی است که در مطالعات کشف شده است. یعنی اندازه‌ی منطقه‌ی شتابِ جت‌ها احتمالأ با جرم سیاهچاله در ارتباط است.
گاندی گفت: «ما هیجان زده‌ایم، چون به‌نظر می‌رسد مشخصه‌ای مربوط به عملکرد داخلی جت‌ها را کشف کرده‌ایم، نه تنها در سیاهچاله‌هایی با جرم ستاره‌ای مثل V404 Cygni، بلکه در سیاهچاله‌های هیولای ابرپُرجرم.»
مراحل بعدی عبارتند از تأیید این تأخیرِ اندازه‌گیری شده در مشاهدات دوتایی‌های اشعه‌ی ایکس و طرح نظریه‌ای که بتواند جت‌ها را در سیاهچاله‌هایی در تمام اندازه‌ها متصل کند.
«فیونا هریسون»، محقق ارشد NuSTAR و پروفسور نجوم در کالتک پاسادنا، گفت: «کار مشترکِ تلسکوپ‌های فضایی و زمینی جهانی کلید این کشف است. اما این تنها نگاه مختصری است و هنوز چیزهایی زیادی برای کشف باقی مانده است. آینده درک فیزیک سیاهچاله‌ها واقعأ درخشان است.»
نوشته: الیزابت لاندو
ترجمه: سحر الله‌وردی - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: سحر الله‌وردی - مجله علمی ایلیاد