در جستجوی سیاه‌چاله‌های «سرگردان» در کهکشان‌های کوتوله
ردیابی سیاه‌چاله‌ها در مرکز کهکشان‌های کوتوله کار دشواری بوده است. بخشی از این دشواری به این دلیل است که این سیاه‌چاله‌ها تمایل به «سرگردانی» دارند و دقیقاً در مرکز کهکشان قرار نگرفته‌اند. کهکشان‌های زیادی وجود دارند که ممکن است چنین سیاه‌چاله‌ای را در خود جای داده باشند، اما تاکنون داده‌های کافی برای تأیید وجود آن‌ها در دست نداشته‌ایم. در مقاله‌ای جدید، مگان استورم از دانشگاه ایالتی مونتانا و همکارانش، داده‌های اضافی تلسکوپ‌های چاندرا و هابل را برای مجموعه‌ای از ۱۲ کهکشان کاندیدای دارای هسته کهکشانی فعال (AGN) تحلیل کرده‌اند. آن‌ها تنها موفق به تأیید سه مورد از آن‌ها شدند، که این خود نشان‌دهنده دشواری شناسایی این غول‌های سرگردان است.
چرا یافتن سیاه‌چاله‌ها در مرکز کهکشان‌ها اهمیت دارد؟ سیاه‌چاله‌های اولیه می‌توانستند «بذرهای» اولیه کهکشان‌ها را تشکیل داده باشند. اما کهکشان‌های بزرگ، مانند راه شیری ما، ادغام‌های مکرری را تجربه کرده‌اند که تاریخچه تکامل سیاه‌چاله ابرپرجرم مرکزشان را پنهان کرده است. از سوی دیگر، کهکشان‌های کوتوله تغییرات چندانی را پشت سر نگذاشته‌اند. در نتیجه، سیاه‌چاله‌های آن‌ها شباهت بیشتری به وضعیت خود در روزهای نخستین کیهان دارند و به اخترشناسان اجازه می‌دهند تا محدودیت‌های دقیق‌تری برای نحوه شکل‌گیری این بذرهای کهکشانی تعیین کنند.
فرایندی که طی آن این سیاه‌چاله‌ها «سرگردان» می‌شوند نیز جالب است. برخی شبیه‌سازی‌ها از کهکشان‌های کوتوله پیش‌بینی می‌کنند که تا ۵۰ درصد از سیاه‌چاله‌های مرکزی آن‌ها ممکن است از مرکز کهکشان فاصله داشته باشند. این پدیده می‌تواند ناشی از یک ادغام کهکشانی باشد (اتفاقی که حتی برای برخی کهکشان‌های کوتوله کوچک‌تر نیز رخ می‌دهد) که طی آن سیاه‌چاله به دلیل گرانش از مرکز به بیرون «پرتاب» می‌شود، یا ممکن است ریشه در فرایند شکل‌گیری خود سیاه‌چاله داشته باشد. ممکن است این سیاه‌چاله‌ها در ابرهای گازی شکل گرفته باشند که از ابتدا در مرکز کهکشان نبوده‌اند. در این حالت، گاز و غبار اطراف آن‌ها یا زمان کافی برای تطبیق با کشش گرانشی‌شان را نداشته‌اند، یا در یک رقص گرانشی ناپایدار گرفتار شده‌اند که در آن سیاه‌چاله هرگز به مرکز واقعی کهکشان نخواهد رسید.
فریزر درباره این بحث که آیا سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم اول به وجود آمده‌اند یا کهکشان‌هایشان، توضیح می‌دهد.
برای یافتن این غول‌های گریزپا، نویسندگان مقاله داده‌های تلسکوپ‌های چاندرا و هابل را برای ۱۲ کهکشان کوتوله بررسی کردند که پیش از این با استفاده از «آرایه بسیار بزرگ» (VLA) شناسایی شده بودند. این کهکشان‌ها از فهرستی شامل ۱۱۱ کهکشان کوتوله «به روش رادیویی» انتخاب شده بودند، زیرا سیگنال‌های رادیویی آن‌ها مشابه سیاه‌چاله‌های در حال برافزایش بود، هرچند این احتمال نیز وجود داشت که این سیگنال‌ها ناشی از فرایندهای عادی ستاره‌زایی باشند. هدف نویسندگان این بود که منشأ این سیگنال‌ها را مشخص کرده و وجود این سیاه‌چاله‌ها را تأیید یا رد کنند.
از میان این ۱۲ مورد، آن‌ها تنها توانستند وجود ۳ سیاه‌چاله را با استفاده از «شواهد چندطول‌موجی» که شامل سیگنال‌های قوی در طول‌موج‌های رادیویی (VLA)، پرتو ایکس (چاندرا) و نوری (هابل) بود، به طور کامل تأیید کنند. البته حتی در این موارد تأیید شده نیز، همه آن‌ها در هر سه طول‌موج به یک اندازه درخشان نبودند. یکی از آن‌ها (با نام «ID 26») تنها موردی بود که در هر سه طول‌موج «درخشان» تشخیص داده شد. مورد دیگر (ID 82) تنها در پرتو ایکس قابل‌توجه بود، که نشان می‌دهد نور مرئی آن احتمالاً توسط گاز و غبار پوشانده شده است، هرچند مطالعات دیگر خطوط «تاجی» را یافته بودند که حاکی از وجود یک سیاه‌چاله در حال برافزایش بود. در مقابل، ID 83 در پرتو ایکس بسیار درخشان بود و طول‌موج‌های نوری آن نیز با یک سیاه‌چاله سازگاری داشت.
در این مجموعه داده، دو مورد «فریبنده» نیز وجود داشت که اگرچه در ابتدا به نظر می‌رسید میزبان هسته کهکشانی فعال باشند، اما نویسندگان دلایل دیگری برای درخشندگی آن‌ها یافتند. کهکشان ID 64 یک منبع نوری بسیار درخشان داشت که از مرکز کهکشان فاصله داشت. اما پس از بررسی انتقال به سرخ کهکشان در مقایسه با منبع نوری با استفاده از داده‌های رصدخانه پالومار، نویسندگان متوجه شدند که منبع نور در واقع یک کهکشان پس‌زمینه است که با کهکشان کوتوله پیش‌زمینه هم‌راستا شده بود. در واقع، هسته کهکشانی فعالِ کهکشان پس‌زمینه، این‌طور به نظر می‌رسید که در کهکشان پیش‌زمینه «سرگردان» است، در حالی که میلیاردها سال قدیمی‌تر و در نتیجه دورتر بود.
تعداد کهکشان‌های عالم هنوز یک پرسش باز است. فریزر بینشی در مورد تلاش برای پاسخ به آن ارائه می‌دهد.
مورد گمراه‌کننده دیگر، ID 92 بود. داده‌های هابل نشان داد که سیگنال رادیویی این کهکشان با یک منطقه ستاره‌زایی بسیار فعال هم‌راستا است. تحلیل بیشتر داده‌ها به نویسندگان این امکان را داد که نتیجه بگیرند منبع رادیویی احتمالاً یک «خوشه ستاره‌ای عظیم» است، نه یک هسته کهکشانی فعال.
با این حال، هنوز ۷ منبع رادیویی دیگر باقی ماندند که نه در پرتو ایکس و نه در باندهای نوری شناسایی نشدند و هیچ توضیح روشنی برایشان وجود نداشت. اما در علم، عدم تأیید گاهی به نظریه‌های جدید منجر می‌شود و این مورد نیز از این قاعده مستثنی نیست. نویسندگان معتقدند سه مورد از کاندیداهای «شبح‌گونه» در واقع منابع پس‌زمینه هستند، عمدتاً به این دلیل که فاصله بسیار زیادی از مرکز کهکشان‌های میزبان خود دارند. یکی از این موارد شبح‌گونه (ID 65) ممکن است منبع یک «انفجار رادیویی سریع» (FRB) باشد، پدیده‌ای که منشأ آن هنوز مورد بحث است.
این نظریه‌ها تا زمانی که فرصت رصد با تلسکوپ قدرتمندتری مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب فراهم نشود، حل‌نشده باقی خواهند ماند. این تلسکوپ به زودی درباره تخصیص زمان رصدی سال پنجم خود تصمیم‌گیری خواهد کرد و مشخص نیست که آیا تیم دانشگاه ایالتی مونتانا پیشنهادی برای ردیابی این سرگردانان شبح‌گونه ارائه کرده است یا خیر. حتی اگر این کار را نکرده باشند، این مقاله جدید به خودی خود گامی در جهت درک بهتر این ارتباطات جالب با کیهان اولیه است.
بیشتر بیاموزید:
M. R. Sturm et al – رصدهای چاندرا و هابل از کاندیداهای سیاه‌چاله پرجرم (سرگردان) انتخاب‌شده به روش رادیویی در کهکشان‌های کوتوله
یونیورس تودی – این سیاه‌چاله سرگردان مرکز کهکشانی خود را ترک کرده است
یونیورس تودی – یک کهکشان کوتوله نزدیک، سیاه‌چاله‌ای شگفت‌انگیز و پرجرم در قلب خود دارد
یونیورس تودی – کهکشان‌های کوتوله ممکن است پاسخ بحث‌ها درباره ماده تاریک را در خود داشته باشند