کهکشان کوتوله‌ای که یک سیاه‌چاله عظیم در دل خود دارد

بوکمارک(0)

No account yet? Register

از دهه‌ی 1970، دانشمندان می‌دانستند که در مرکز اکثر کهکشان‌های عظیم در کیهان، قلب یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم (SMBH) می‌تپد. وجود این سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر باعث می‌شود که این کهکشان‌ها گرانش خاصی داشته باشند، تا جایی که تراکم ستارگان در نواحی مرکزی آن‌ها از همه‌ی ستاره‌های موجود در دیسک‌هایشان بیشتر است. اینها هسته‌های کهکشانی فعال (AGN)  هستند. کهکشان راه شیری هم سیاه‌چاله ی ابر پرجرم (SMBH) خاص خود را دارد که با نام Sagitarrius A*  شناخته می‌شود که دارای جرمی بیش از 4 میلیون برابر خورشید است.

عکس هنری از مسیر حرکت ستاره 2S هنگام عبور از سیاه‌چاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان راه شیری. منبع: ESO/M.

برای چندین دهه، دانشمندان این اجرام را به امید دانستن بیشتر در مورد نقش آنها در شکل‌گیری و تکامل کهکشان مورد مطالعه قرار داده‌اند. با این حال، تحقیقات فعلی نشان داده است که SMBHها ممکن است فقط شامل کهکشان‌های عظیم نباشند. در واقع، تیمی از ستاره‌شناسان دانشگاه تگزاس در رصدخانه مک دونالد آستین اخیراً سیاه‌چاله‌ای عظیم را در قلب کهکشان کوتوله‌ای بنام (Leo I) که به دور کهکشان راه شیری  می‌چرخد، کشف کرده‌اند. این یافته می‌تواند درک ما از چگونگی تکامل سیاه‌چاله ها و کهکشان ها را دوباره تعریف کند.

این تیم تحقیقاتی توسط دکتر ماریا خوزه بوستامانت-رزل، فیزیکدان دانشگاه UT Austin رهبری می‌شد که ستاره‌شناسان UT اوا نویولا، کارل گبهارت و گرگ زیمان و همچنین همکارانی از مؤسسه‌ی ماکس پلانک برای فیزیک فرازمینی (MPE) در گارچینگ، آلمان به او پیوستند. مطالعه‌ای که یافته های آنها را توصیف می‌کند در شماره‌ی اخیر مجله‌ی Astrophysical منتشر شد.

بوستامانت-رزل و همکارانش تصمیم گرفتند کهکشان کوتوله‌ی لئو I را مطالعه کنند زیرا به نظر می‌رسد که در مقایسه با دیگر کهکشان‌های کوتوله که به دور راه شیری می‌چرخند، ماده‌‌ی تاریک زیادی در آن وجود ندارد. هرچند دارای نشانه‌هایی از آثار ماده‌ی تاریک است که چگونگی تغییر چگالی ماده‌ی تاریک از لبه‌های بیرونی کهکشان به مرکز آن را توضیح می‌دهد. برای تعیین تغییرات چگالی، ستاره‌شناسان سرعت حرکت مداری ستارگان یک کهکشان را اندازه‌گیری می‌کنند، که مشاهده‌ی سرعت مداریِ بیشتر از میزان محاسبات فیزیکی نشان می‌دهد ماده‌ی بیشتری در آنها محصور شده است.

به ‌ویژه تیم می‌خواست بداند که آیا تراکم ماده‌ی تاریک به سمت مرکز کهکشان افزایش می‌یابد یا خیر. علاوه بر این، آنها می‌خواستند بدانند که آیا مقدار اندازه‌گیری شده توسط داده‌های قبلی به دست آمده، با مدل‌های کامپیوتری پیچیده مطابقت دارد یا خیر. برای انجام این کار، آن‌ها به داده‌های به‌دست‌آمده از ابزار طیف‌نگار (VIRUS-W) در تلسکوپ 2.7 متری (8.85 فوت) هارلان جی اسمیت رصدخانه مک‌دونالد رجوع کردند.

کهکشان کوتوله‌ی فورناکس، یکی از قدیمی‌ترین کهکشان‌های کروی شکل کوتوله شناخته شده است. منبع: 2ESO/DSS

سپس این تیم نتایج و مدل‌های خود را در یک ابرکامپیوتر در مرکز محاسبات پیشرفته تگزاس UT Austin پردازش نمودند و نتایج بی‌سابقه‌ای دریافت کردند. اساساً، نتایج آنها حاکی از آن بود که لئو I در مرکز خود جرم بیشتری نسبت به دیسک خود دارد، که این تنها درصورتی امکان‌پذیر است که این کهکشان درمرکز خود دارای سیاه‌چاله‌ای تقریباً هم جرم با سیاه‌چاله‌ی مرکز راه شیری باشد. همانطور که پروفسور کارل گبهارت نجوم دانشگاه UT در انتشار اخیر UT News توضیح داد:

“مدل‌ها نشان می‌دهند که شما به یک سیاه‌چاله در مرکز نیاز دارید نه به مقدار زیادی از ماده‌ی تاریک. یک کهکشان بسیار کوچک دارید که در حال سقوط در کهکشان راه شیری و سیاه‌چاله‌ی آن تقریباً به بزرگی سیاه‌چاله‌ی کهکشان راه شیری است. که نسبت جرم کاملاً بزرگ سیاه‌چاله Leo I قابل مقایسه با سیاه‌چاله‌ی موجود در کهکشان راه شیری ‌می‌باشد.”

این تفاوت در نتایج مشاهدات قبلی Leo I با آنچه که اخیراً به‌دست آمده ظاهراً به دلیل دریافت ترکیبی از داده‌های بهتر و شبیه‌سازی‌ توسط ابرکامپیوترهای مدرن است و علت تفاوت عمده‌ی دیگر این است که تاکنون ناحیه‌ی مرکزی این کهکشان کوتوله توسط مطالعات قبلی که عمدتاً به سرعت ستارگان منفرد مربوط می‌شد، کاوش نشده بود. علاوه بر این، Bustamante-Rosell و تیم او دریافتند که در مطالعات قبلی یک سوگیری نسبت به عدم دخالت دادن جرم ستارگان با سرعت‌های پایین وجود داشت که باعث کاهش محاسبه‌ی مقدار ماده‌ی محصورشده در آن می‌شد.

داده‌های این مطالعه حاضر تحت تأثیر این سوگیری قرار نگرفته و بنابراین تخمین‌ها در مورد ماده‌ی محصور در مدار آنها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. این دستاورد می‌تواند درک ستاره‌شناسان از روند تکامل کهکشانی و همچنین نحوه‌ی‌ شکل‌گیری و رشد SMBH ها در طول زمان را به شدت متزلزل کند.

گبهارت گفت: “اگر جرم سیاه‌چاله لئو I زیاد باشد، این می‌تواند توضیح دهد که چگونه سیاه‌چاله‌ها در کهکشان‌های عظیم رشد می‌کنند. یعنی با گذشت زمان، وقتی کهکشان‌های کوچکی مانند لئو I در کهکشان‌های بزرگ‌تر سقوط می‌کنند، سیاه‌چاله‌ی کهکشان کوچک‌تر با کهکشان بزرگ‌تر ادغام می‌شود و جرم آن را افزایش می دهند.”

این نتیجه بسیار مهمتر می‌شود زیرا ستاره‌شناسان به مدت 20 سال “کهکشان های کروی کوتوله” مانند Leo I را مطالعه کرده‌اند تا دریابند ماده‌ی تاریک چگونه در کهکشان‌ها توزیع شده است. علاوه بر این، SMBHها و همه سیاه‌چاله‌های پرجرم به‌عنوان نتیجه‌ی ادغام شناخته شده‌اند، بنابراین وجود این نوع جدید از سیاه‌چاله به رصدخانه‌های امواج گرانشی روش جدیدی برای جستجو می‌دهد.

این مطالعه همچنین اثربخشی طیف‌نگار VIRUS-W را تأیید می‌کند، که تنها ابزاری در جهان است که قادر به انجام این نوع مطالعه مشخصات ماده‌ی تاریک است. در سال‌های آینده، تلسکوپ غول‌پیکر ماژلان (GMT) – که UT Austin شریک مؤسس آن است – و سایر تلسکوپ‌های نسل بعدی طیف‌نگارهای مشابهی خواهند داشت. این رصدخانه‌ها همراه با تلسکوپ‌های فضایی مانند جیمز وب (JWST) و نانسی گریس رومن (RST)، نور جدیدی را به «جهان تاریک» خواهند تابانید.

4.7/5 - (3 امتیاز)
به اشتراک بگذارید
منبع Universe Today
ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

go2top