فیلم تلسکوپ فضایی چاندرا از فوران اجرام کیهانی عظیم از یک سیاه چاله

به تازگی تلسکوپ فضایی رصدخانه پرتو ایکس چاندرا فیلم سیاه چاله ای را منتشر کرده که با سرعت نزدیک به نور جریان‌هایی عظیم از مواد گوناگون را به بیرون پرتاب می‌کند؛ در بررسی این اتفاق شگفت‌انگیز با ما همراه باشید.

فیلم سیاه چاله ای شگفت‌انگیز که فواره‌هایی از مواد کیهانی را با سرعتی نزدیک به سرعت نور به بیرون پرتاب می‌کند، اخیرا توجه علاقه‌مندان به دنیای ستاره شناسی را جلب کرده است؛ این ویدیو که توسط تلسکوپ فضایی رصدخانه پرتو ایکس چاندرا (Chandra X-Ray Observatory) ثبت شده، سیاه چاله‌ای در فاصله 10 هزار سال نوری از زمین را نشان می‌دهد که رفتاری عجیب دارد. در ادامه با گجت نیوز همراه باشید.

تهیه فیلم سیاه چاله اخیر

همان‌طور که انتظار می‌رود، این کشف شگفت‌انگیز از لحاظ علمی فوق‌العاده مهم است؛ بسته به اطلاعات شما در مورد سیاه چاله‌ها، شاید با شنیدن این خبر اولین سوالی که بپرسید این باشد که چگونه یک سیاه چاله از خود چیزی را به بیرون پرتاب می‌کند؟ بسیاری از ما می‌دانیم که این اجرام آسمانی حیرت‌انگیز به واسطه جاذبه قوی خود به هیچ جرمی که به آن‌ها نزدیک شود، اجازه دور شدن نمی‌دهند و از فاصله مشخصی به بعد، حتی فوتون‌های نور هم نمی‌توانند از چنگ گرانش سیاه چاله‌ها خلاص شوند.

بنابراین چطور ممکن است که اجرام مربوط به فیلم سیاه چاله رصدخانه چاندرا از این جرم آسمانی خارج شوند؟

نکته جالب خبر اخیر این بوده که اجرام مورد نظر از سیاه چاله خارج نشده‌اند و هیچ قانون کیهانی در این رابطه نقض نشده است؛ در واقع آنچه در ویدیو اخیر دیده می‌شود، خارج شدن بخشی از موادی بوده که در دام جاذبه قوی سیاه چاله اسیر شده‌اند و در حال فرو رفتن به داخل سیاه چاله هستند.

موادی که به دور سیاه چاله‌ها می‌گردند و در محدوده گرانش این اجرام قرار گرفته‌اند، به واسطه حرکات چرخشی به وجود آمده فوق‌العاده گرم می‌شوند و به همین دلیل جریان‌هایی که با نام «جت‌های اختر فیزیکی» (astrophysical jets) یا «فواره‌های قطبی» شناخته می‌شوند، از آن‌ها خارج می‌شود؛ در فیلم سیاه چاله تلسکوپ فضایی چاندرا هم آنچه می‌بینیم جت‌های اختر فیزیکی هستند.

فواره‌های اخترفیزیکی معمولا در اطراف تپ اخترها و ستاره‌های نوترونی دیده می‌شوند، اما همان‌طور که در تصاویر کوتاه زیر می‌بینیم، سیاه چاله‌ها هم چنین جت‌هایی را به وجود می‌آورند:

جزئیات کشف اخیر

تصاویر بالا که با عنوان فیلم سیاه چاله رصد شده توسط تلسکوپ چاندرا منتشر شده‌اند، مربوط به جرمی آسمانی با نام “MAXI J1820+070” هستند. این سیاه چاله حدودا 8 برابر خورشید جرم داشته در کنار آن، یک ستاره کوچک با جرمی نصف خورشید قرار گرفته است. از آنجایی که سیاه چاله مورد نظر از ستاره همراهش بزرگ‌تر بوده، گرانش MAXI J1820+070 باعث می‌شود تا مواد تشکیل دهنده ستاره نزدیک به آرامی در دام جاذبه سیاه چاله بیافتد و دیسک مواد اطراف و فواره‌های قطبی دیده شده توسط رصدخانه چاندرا را به وجود آورد.

مواد کنده شده از ستاره که به شکل یک دیسک در اطراف سیاه چاله شکل می‌گیرند، در نهایت همگی جذب این جرم آسمانی می‌شوند؛ اما چرخش مواد مورد نظر می‌تواند زمان زیادی ادامه داشته باشد و اجزا ستاره پیش از عبور از افق رویداد سیاه چاله، مدت‌ها در حال گردش هستند. افق رویداد فاصله مشخصی از سیاه چاله به حساب می‌آید که عبور از آن دیگر راه برگشتی ندارد و حتی ذرات نور هم نمی‌توانند از افق رویداد بیرون آیند.

همین مدت زمان طولانی گردش مواد باعث به وجود آمدن فواره‌هایی همانند آنچه در فیلم سیاه چاله MAXI J1820+070 دیدیم، می‌شود. البته فوران‌های به وجود آمده از قوانین خاصی پیروی می‌کنند و در مورد سیاه چاله‌ها، معمولا شاهد خروج دو جت در جهت‌های مخالف، از قسمت بالایی (شمالی) و پایینی (جنوبی) سیاه چاله هستیم.

ماتیلد اسپیناس (Mathilde Espinasse) از دانشگاه پاریس که سرپرستی تیم تحقیقات اخیر را بر عهده داشته، می‌گوید که تلسکوپ چاندرا در نوامبر 2018 و ماه‌های فوریه، می و ژوئن 2019 داده‌های مدنظر تیم او را ثبت کرده است. این اطلاعات به تهیه کلیپ خروج فواره‌ها از سیاه چاله MAXI J1820+070 کمک کردند.

مشاهدات غیرمعمول

اما در مورد فوران‌های سیاه چاله‌ها پدیده‌ای غیرمعمول و عجیب دیده می‌شود؛ همان‌طور که اشاره شد، فوران‌ها در قسمت بالایی و پایینی به وجود می‌آیند و این جت‌ها در خلاف جهت یکدیگر هستند. با این حال نکته جالب‌توجه این بوده که فوران شمالی از لحاظ سرعت حدودا با 60 درصد سرعت نور حرکت می‌کند، ولی فوران جنوبی بر اساس اندازه‌گیری‌های موجود 160 برابر نور سرعت دارد؛ اما همان‌طور که می‌دانیم، حرکت سریع‌تر از نور امکان پذیر نیست!

پدیده مورد نظر که در فیلم سیاه چاله MAXI J1820+070 هم قابل مشاهده است، حرکت ورای سرعت نور (Superluminal motion) نام دارد. از آنجایی که قسمت جنوبی فوران‌ها به سمت بیننده و تجهیزات رصد زمینی قرار دارد و قسمت شمالی هم فوران‌هایی دور شونده را شامل می‌شود، به نظر می‌رسد که جت‌های جنوبی دیوار نوری را می‌شکنند، اما واقعا چنین اتفاقی رخ نمی‌دهد.

اصل ماجرا و ایجاد تصور حرکت با سرعتی بیشتر از سرعت نور در فوران‌های پایینی به دلیل ترکیب سرعت واقعی این فوران‌ها با سرعت نوری است که به سمت بیننده ساطع می‌شود؛ به بیان دیگر وقتی فوران‌های جنوبی با سرعتی نزدیک به نور به طرف ما از سیاه چاله خارج می‌شوند و نوری که از آن‌ها به ما تابیده می‌شود و دیدن آن‌ها را برای ما ممکن می‌کند هم با سرعت نور حرکت می‌کند، ترکیب این دو سرعت باعث می‌شود تا سرعت فوران‌های نزدیک شونده جنوبی بیشتر از سرعت نور به نظر بیاید.

این در حالی بوده که فوران‌های جنوبی و شمالی هردو با سرعتی یکسان و برابر 80 درصد سرعت نور حرکت می‌کنند و تنها به دلیل زاویه دیده ما نسبت به دور شدن و یا نزدیک شدن فوران‌ها، این جت‌ها با سرعت‌های مختلفی دیده می‌شوند.

تحقیقات پیش از تهیه فیلم سیاه چاله چاندرا

این اولین باری نیست که فیلم سیاه چاله اخیر حرکت چنین فوران‌هایی را به ما نشان می‌دهد و جرم آسمانی MAXI J1820+070 هم قبلا مورد توجه دانشمندان قرار گرفته بود. با این وجود مشاهده سیاه چاله‌هایی با ابعاد نسبتا کوچک که موادی فوق‌العاده سریع را از خود به بیرون پرتاب می‌کنند، آن‌قدرها هم عادی نیست و به همین دلیل تحقیقات اخیر از اهمیت زیادی برخوردار است.

پیش از این در سال 2019 مقاله دیگری در مورد سیاه چاله MAXI J1820+070 منتشر شده بود، اما در آن مقاله تنها به جنبه رادیویی فوران‌های سیاه چاله پرداخته شده بود. در مقاله امسال دانشمندان با انتشار فیلم سیاه چاله مورد نظر به ساطع شدن امواج ایکس از این جرم آسمانی توجه داشته‌اند و همچنین علاوه بر تلسکوپ فضایی چاندرا، از داده‌های مربوط به تلسکوپ‌های رادیویی VLA و MeerKAT هم برای نتیجه‌گیری‌ها استفاده شده است.

رصدخانه پرتو ایکس چاندرا

گفته شده که تنها در دو نمونه از فوران‌های ثبت شده، چیزی در حدود 400 میلیون میلیارد جرم کیهانی از سیاه چاله مورد نظر به فضا وارد شده و این مقدار تنها برابر میزان جرمی است که این سیاه چاله می‌تواند در عرض چند ساعت به دیسک اطراف خود جذب کند.

بررسی‌ها نشان می‌دهند که فوران‌های ثبت شده ترکیبی از مواد و انرژی را وارد فضا می‌کنند و در عین حال، امواج سهمگینی شبیه به امواج به وجود آمده به هنگام شکسته شدن دیوار صوتی توسط هواپیماها را به وجود می‌آوردند.

مقاله ماتیلد اسپیناس و همکارانش در مورد فیلم سیاه چاله MAXI J1820+070 و جزئیات مواد خارج شده از آن در ژورنال “The Astrophysical Journal Letters” منتشر شده است.