۱۷۰ میلیون سیاه‌چاله در اطراف کهکشان راه شیری!

به گزارش مجله خبری نگار/خبرنامه دانشجویان ایران، سیاه‌چاله‌ها موذی هستند و تا محیط اطراف خود را با اشتهای دیوانه‌وار خود روشن نکنند، تشخیص وجود آنها بسیار دشوار است. همین امر، دانستن دقیق تعداد سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای نامرئی در کهکشان ما را دشوار می‌کند.

اکنون ستاره‌شناسان، کهکشان راه شیری را برای یافتن جهان زیرین کهکشانی پنهان آن شبیه‌سازی کرده‌اند و تخمین می‌زنند که حدود ۱۷۰ میلیون سیاه‌چاله ستاره‌ای در سراسر کهکشان ما پراکنده شده‌اند.

این کار علاوه بر این، توزیع این سیاه‌چاله‌ها، اندازه‌های آنها و حتی انفجار‌هایی که آنها را ایجاد کرده‌اند را پیش‌بینی می‌کند و نقشه راهی برای مشاهدات آینده ارائه می‌دهد که به نوبه خود شبیه‌سازی‌ها را به آزمایش می‌گذارد.

سیاه‌چاله‌ها چیزی هستند که از یک ستاره عظیم پس از مرگ آن باقی می‌مانند. ستاره پس از اتمام سوخت همجوشی خود، ناپایدار شده و منفجر می‌شود؛ هسته ستاره که دیگر توسط منابع همجوشی فشار بیرونی پشتیبانی نمی‌شود، به جسمی چنان متراکم تبدیل می‌شود که نور نمی‌تواند از گرانش آن فرار کند.

این موضوع برای ستاره‌شناسان که نور، منبع اصلی اطلاعات در مورد جهان گسترده‌تر است، مشکل ایجاد می‌کند. اگر نتوانیم چیزی را با نور در هر طول موجی ببینیم، یافتن آن بسیار دشوار است و حتی دشوارتر از آن، سرشماری تعداد سیاه‌چاله‌های مشابه آن در خارج از کهکشان است.

دانشمندان با استفاده از آنچه در مورد چگونگی تکامل ستارگان، سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها می‌دانیم، می‌توانند کهکشان راه شیری را در طول تاریخ ۱۳.۶ میلیارد ساله‌اش شبیه‌سازی کنند. اگر این شبیه‌سازی‌ها به طور مداوم کهکشانی مشابه واقعیت مشاهده شده را بازتولید کنند، می‌توانیم یافته‌های آن را به عنوان تقریبی قابل قبول از جهان نادیده در نظر بگیریم.

بنابراین، این کاری است که تیمی به رهبری تام واگ (Tom Wagg)، اخترفیزیکدان موسسه فلاتیرون (Flatiron) در ایالات متحده برای تخمین تعداد سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای در کهکشان انجام داد.

آنها با دنبال کردن میلیارد‌ها سال از تشکیل ستاره‌ها، مرگ ستاره‌ها، تولد سیاه‌چاله‌ها و تکامل کهکشانی، کهکشان‌های راه شیری مجازی ساختند تا تخمین بزنند که امروز چه تعداد سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای باید وجود داشته باشد.

کار آنها نشان داد که کهکشان راه شیری در طول عمر خود باید حدود ۱۷۰ میلیون ستاره را از رشته اصلی خارج کرده و به زندگی پس از مرگ یک سیاه‌چاله هدایت کرده باشد.

این عدد ممکن است زیاد به نظر برسد، اما وقتی اندازه کهکشان راه شیری را در نظر بگیرید، واقعاً اینطور نیست. این تیم محاسبه کرد که توزیع سیاه‌چاله‌ها در فاصله خورشید از مرکز کهکشان در حجمی از فضا با اضلاع حدود ۱۸.۴ پارسک، یک سیاه‌چاله در هر ۶۲۵۰ پارسک مکعب (هر پارسک ۳.۲۶ سال نوری است) خواهد بود.

زمان نیز داستان مشابهی را روایت می‌کند. در طول تاریخ ۱۳.۶ میلیارد ساله کهکشان راه شیری، ۱۷۰ میلیون سیاه‌چاله وجود دارد که به طور متوسط ​​تقریباً هر ۸۰ سال یک سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای جدید را تشکیل می‌دهد. با این حال در واقعیت، رونق سیاه‌چاله‌های نوزاد کهکشان خیلی زودتر اتفاق افتاده است، یعنی زمانی که تشکیل ستاره‌ها بسیار بیشتر از امروز بوده است؛ بنابراین بعید است که ما هیچ سیاه‌چاله‌ای را در حیاط خلوت کیهانی خود پیدا کنیم. با این حال، این در واقع ممکن است کم‌اهمیت‌ترین یافته‌های این تیم باشد.

همانطور که مطالعات قبلی نشان داده است، سیاه‌چاله‌ها اغلب در جایی که متولد می‌شوند، باقی نمی‌مانند. بسیاری از آنها در یک انفجار ابرنواختری نامتقارن متولد می‌شوند که چیزی را که ستاره‌شناسان آن را «ضربه تولد» می‌نامند، به ارمغان می‌آورد و جرم تازه تشکیل شده را در سراسر کهکشان پرتاب می‌کند.

این ضربه در موارد نادر به اندازه کافی پرانرژی است که به سرعت فرار از کهکشان راه شیری برسد، اما اغلب، سیاه‌چاله‌ها فقط سفری طولانی را داخل کهکشان طی می‌کنند که منجر به توزیع کمی متفاوت از جمعیت ستاره‌ای می‌شود.

قرص نازک ستارگان کهکشان راه شیری ارتفاعی حدود ۳۰۶ پارسک دارد. این تیم دریافت که قرص سیاهچاله حدود ۷۹۰ پارسک ارتفاع دارد که عمدتاً به دلیل آن ضربات تولد است.

شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان می‌دهند که سبک‌ترین سیاهچاله‌ها از صفحه کهکشانی دورتر پرواز می‌کنند، زیرا در بدو تولد قوی‌ترین ضربات را دریافت می‌کنند. این به این دلیل است که انفجار‌های ابرنواختری که آنها را ایجاد می‌کنند، مواد ستاره‌ای بیشتری را به بیرون پرتاب می‌کنند و به پس‌زنی بیشتر ابرنواختر اجازه می‌دهند تا سیاهچاله تازه متولد شده را به پرواز درآورد.

در مقابل، سیاهچاله‌های سنگین‌تر با مواد بیشتری که به سیاهچاله بازمی‌گردند، تشکیل می‌شوند و ضربه را کاهش می‌دهند. این بدان معناست که بررسی‌های آینده فقط شمارش سیاهچاله‌ها نخواهد بود. جرم و حرکات سیاهچاله‌ها می‌تواند نشان دهد که چگونه ستاره‌هایی که آنها را ایجاد کرده‌اند، مرده‌اند و به ستاره‌شناسان کمک می‌کند تا بین مدل‌های رقیب انفجار‌های ابرنواختری و تشکیل سیاهچاله تمایز قائل شوند.

اگر این بررسی‌ها با پیش‌بینی‌های واگ و تیمش سازگار باشد، این امر شبیه‌سازی‌ها را به عنوان ابزاری برای درک چگونگی تکامل کهکشان‌ها تأیید می‌کند.

همانطور که نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند، مکان‌ها و حرکات امروزی سیاه‌چاله‌ها، ردپای گذشته آنها را حفظ می‌کند.

اگر مشاهدات آینده این موضوع را تأیید کند، «جهان پنهان کهکشانی» راه شیری می‌تواند به بایگانی غیرمنتظره‌ای از تاریخ کهکشان تبدیل شود.

این یافته‌ها به مجلات AAS ارسال شده‌اند و در حالی که در حال گذراندن فرآیند رسمی بررسی همتا هستند، می‌توان آنها را در سرور پیش‌چاپ arXiv یافت.