محقق ایرانی با تلسکوپ جیمز وب از راز رفتار عجیب سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری پرده برداشت
پژوهش جدیدی به سرپرستی یک محقق ایرانی نشان می‌دهد که سیاهچاله کلان‌جرم مرکزی کهکشان راه شیری رفتار منحصربه‌فردی دارد و به‌طور مداوم شراره‌های پرانرژی ساطع می‌کند؛ این کشف با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شده و می‌تواند به درک بهتر برهم‌کنش سیاهچاله‌ها با محیط اطرافشان و تاثیر آن‌ها بر تکامل کهکشان‌ها کمک کند.
طبق گزارش منتشر شده این فعالیت در بازه‌های مختلف زمانی رخ می‌دهد و شامل شراره‌های کوتاه‌مدت و بلندمدت می‌شود؛ برخی از این شراره‌ها بسیار ضعیف‌اند و تنها چند ثانیه دوام می‌آورند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند ماه‌ها ادامه داشته باشند.
فرهاد یوسف‌زاده، پژوهشگر در دانشگاه نورث وسترن (Northwestern University) و سرپرست این مطالعه، می‌گوید: «شراره‌ها اساسا در همه سیاهچاله‌های کلان‌جرم رخ می‌دهند، اما این سیاهچاله رفتار منحصربه‌فردی دارد؛ این سیاهچاله دائم فعال است و به نظر می‌رسد هیچ‌گاه به حالت پایدار نمی‌رسد. در سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ چندین بار آن را رصد کردیم و در هر مشاهده تغییرات جدیدی ثبت شد.»
کشف فعالیت شدید سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری با کمک جیمز وب
محققان با استفاده از دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) تلسکوپ جیمز وب، سیاهچاله را در چند دوره ۸ تا ۱۰ ساعته، در مجموع ۲ روز طی یک سال، رصد کردند. بررسی‌ها نشان داد که چگونه سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری یا کمان ای (اختصارا Sgr A) و محیط اطراف آن طی زمان تغییر می‌کنند.
یوسف‌زاده و همکارانش پیش‌بینی کرده بودند فقط شراره‌هایی با شدت کم را شناسایی کنند، اما نتایج نشان داد این سیاهچاله، با جرمی حدود ۴.۳ میلیون برابر خورشید، فعالیتی شدیدتر از پیش‌بینی‌ها دارد. این سیاهچاله پیوسته شراره‌هایی با شدت و مدت‌های متفاوت منتشر می‌کند.
اطراف سیاهچاله‌های کلان‌جرم مرکزی، مانند کمان ای ابرهایی مسطح از گاز داغ و غبار احاطه شده که به آن «دیسک برافزایشی» می‌گویند. محققان مشاهده کردند که ساختار دیسک برافزایشی تا ۶ بار در روز تغییرات شدیدی می‌کند و در این فرآیند، شراره‌های کوچک‌تری نیز همراه فوران‌های انرژی از آن منتشر می‌شوند.
یوسف‌زاده توضیح می‌دهد: «در داده‌هایمان شاهد تغییر پیوسته میزان درخشندگی بودیم… و سپس بوم! ناگهان انفجار بزرگی ظاهر شد و بعد دوباره آرام گرفت. هیچ الگوی مشخصی در این فعالیت پیدا نکردیم. به نظر می‌رسد این پدیده کاملا تصادفی است. هر بار سیاهچاله را مشاهده کردیم، رفتار آن متفاوت و هیجان‌انگیز بود.»
شراره‌ها چگونه ایجاد می‌شوند؟
یوسف‌زاده و همکارانش هنوز دقیقا نمی‌دانند چه فرآیندی باعث ایجاد شراره‌ها در اطراف کمان ای می‌شود. آن‌ها احتمال می‌دهند که شراره‌هایی با مدت‌های متفاوت، مکانیسم‌های مختلفی داشته باشند.
به گفته یوسف‌زاده، اگر دیسک برافزایشی را رودخانه در نظر بگیریم، شراره‌های کوتاه و ضعیف شبیه موج‌های کوچک و پراکنده‌ای هستند که به خاطر اختلالات جزئی در سطح رودخانه شکل می‌گیرند. در مقابل، شراره‌های درخشان‌تر و طولانی‌تر مثل امواج جزرومدی هستند که ناشی از رویدادهای بزرگ‌تر و پرانرژی‌تر در دیسک برافزایشی ایجاد می‌شوند؛ این رویدادهای قدرتمند قادرند پلاسمای دیسک برافزایشی را فشرده سازند و باعث تولید انفجار موقتی از پرتوها شوند.
یوسف‌زاده توضیح می‌دهد: «این فرآیند مشابه میدان مغناطیسی خورشید می‌باشد که پس از تجمع و فشرده شدن، شراره خورشیدی آزاد می‌کند؛ البته این پدیده اطراف سیاهچاله بسیار شدیدتر و پرانرژی‌تر است. سطح خورشید نیز همواره در حال فعالیت و تغییر است.»
این رویدادهای پرآشوب و شراره‌های قدرتمند احتمالا با پدیده بازاتصال مغناطیسی مرتبط باشند؛ این پدیده زمانی رخ می‌دهد که دو میدان مغناطیسی با هم برخورد می‌کنند و ذرات باردار را با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور شتاب می‌دهند و شراره‌هایی بسیار درخشان ایجاد می‌کنند.
دوربین NIRCam جیمز وب می‌تواند دو طول موج مختلف از نور فروسرخ را مشاهده کند. محققان به کمک این ویژگی می‌توانند تغییرات درخشندگی شراره‌ها را در هر دو طول موج بررسی کنند و تصویری دقیق‌تر از رفتار کمان ای به‌دست آورند. محققان کشف کردند که درخشندگی رویدادهای تابشی در طول موج‌های کوتاه‌تر زودتر از طول موج بلندتر تغییر می‌کند.
یوسف‌زاده در این‌باره می‌گوید: «این اولین باری است که شاهد تاخیر زمانی در اندازه‌گیری‌های این طول موج‌ها هستیم. ما این طول موج‌ها را هم‌زمان با دوربین NIRCam ثبت کردیم و متوجه شدیم طول موج بلندتر با تاخیری بسیار کم (در حد چند ثانیه تا ۴۰ ثانیه) نسبت به طول‌موج کوتاه‌تر ظاهر می‌شود.»
به گفته محققان، این تاخیر زمانی می‌تواند سرنخی برای درک پدیده‌های پیرامون کمان ای باشد. یکی از توضیحات احتمالی این است که ذرات شتاب‌گرفته، در طول شراره انرژی خود را از دست می‌دهند و این کاهش انرژی در طول موج‌های کوتاه سریع‌تر از طول موج‌های بلند رخ می‌دهد.
یوسف‌زاده و همکارانش می‌خواهند به کمک تلسکوپ جیمز وب، سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری را به مدت طولانی‌تری(۲۴ ساعت) رصد کنند.
یوسف‌زادهتوضیح می‌دهد: «وقتی با شراره‌های بسیار ضعیف سروکار داریم، باید با نویز داده‌ها رقابت کنیم، اما اگر بتوانیم ۲۴ ساعت رصد کنیم، می‌توانیم میزان نویز را کاهش داده و جزئیاتی را که پیش‌تر نمی‌توانستیم مشاهده کنیم، بشناسیم.»
یوسف‌زاده اضافه می‌کند: «این کشف بسیار شگفت‌انگیز خواهد بود؛ همچنین می‌توانیم بررسی کنیم که آیا این شراره‌ها دوره‌ای (تکرارشونده) هستند یا کاملا تصادفی رخ می‌دهند.»