شراره‌ای رکوردشکن: سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم ستاره‌ای غول‌پیکر را متلاشی کرد
ستاره‌ای غول‌پیکر زمانی که بیش از حد به یک سیاه‌چاله کلان‌جرم در فاصله ۱۰ میلیارد سال نوری نزدیک شد، با سرنوشتی غیرمنتظره روبرو گشت.
این ستاره به جای آنکه به شکل یک ابرنواختر منفجر شود، از هم گسست و درخشان‌ترین و دورترین شراره سیاه‌چاله‌ای که تاکنون ثبت شده را ایجاد کرد؛ شراره‌ای با قدرت ۱۰ تریلیون خورشید.
ستاره‌ای که در یک پیچ‌وخم کیهانی به کام مرگ رفت
بزرگ‌ترین ستارگان کیهان معمولاً زندگی خود را به شکلی تماشایی به پایان می‌رسانند؛ آن‌ها به صورت ابرنواختر منفجر شده و سپس به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند. اما به نظر می‌رسد یک ستاره غول‌پیکر پایانی بسیار متفاوت داشته است. این ستاره به جای آنکه چرخه زندگی خود را با انفجاری درخشان به اتمام برساند، بیش از حد به سیاه‌چاله‌ای عظیم نزدیک شد که آن را تکه‌تکه کرد و ذره‌ذره بلعید.
پژوهشگران این سناریو را در مطالعه جدیدی در مجله Nature Astronomy تشریح کرده‌اند که به جزئیات قدرتمندترین و دورترین شراره انرژی که تاکنون از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم شناسایی شده، می‌پردازد. این فوران اولین بار در سال ۲۰۱۸ توسط «مرکز بررسی گذراهای زوئیکی» (ZTF)، یک پروژه پیمایش آسمان که توسط بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) تأمین مالی شده و در رصدخانه پالومارِ کلتک مستقر است، مشاهده شد. پروژه «بررسی گذراهای آنی کاتالینا» به رهبری کلتک که آن هم تحت حمایت NSF است، این رویداد را ثبت کرد. این شراره به طرز چشمگیری درخشان شد، به طوری که درخشندگی آن در عرض چند ماه ۴۰ برابر افزایش یافت و در نهایت ۳۰ برابر درخشان‌تر از هر شراره سیاه‌چاله‌ای شد که پیش از این دیده شده بود. در اوج درخشش، این شراره نوری معادل ۱۰ تریلیون خورشید از خود ساطع می‌کرد.
نگاهی به اعماق کیهان دوردست
منبع این درخشش قدرتمند، یک هسته کهکشانی فعال (AGN) است؛ نوعی سیاه‌چاله کلان‌جرم که به طور فعال مواد اطراف خود را به درون می‌کشد. این سیاه‌چاله که با نام J2245+3743 شناخته می‌شود، تخمین زده می‌شود جرمی ۵۰۰ میلیون برابر خورشید داشته باشد و در فاصله حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد. از آنجایی که نور برای پیمودن چنین فواصل عظیمی به زمان نیاز دارد، اخترشناسان در واقع در حال مشاهده رویدادی هستند که میلیاردها سال پیش، در دوران اولیه کیهان رخ داده است.
متیو گراهام، نویسنده اصلی این مطالعه، استاد پژوهشی نجوم در کلتک، دانشمند پروژه ZTF و یکی از پژوهشگران اصلی این پروژه می‌گوید: «میزان انرژی این رویداد نشان می‌دهد که این جرم بسیار دور و بسیار درخشان است. این پدیده با هیچ هسته کهکشانی فعالی که تاکنون دیده‌ایم، شباهت ندارد.»
اتساع زمان و یک نمایش کیهانی به صورت آهسته
اگرچه این شراره به تدریج در حال محو شدن است، اما اخترشناسان همچنان آن را از نزدیک رصد می‌کنند. فاصله بسیار زیاد نه تنها بر اینکه چقدر به گذشته نگاه می‌کنیم تأثیر می‌گذارد، بلکه بر سرعتی که رویداد به نظر می‌رسد رخ می‌دهد نیز مؤثر است. گذر زمان در مکان آن سیاه‌چاله نسبت به زمین کندتر است.
گراهام توضیح می‌دهد: «این پدیده‌ای به نام اتساع زمان کیهانی است که به دلیل کشیدگی فضا و زمان رخ می‌دهد. همانطور که نور از فضای در حال انبساط عبور می‌کند تا به ما برسد، طول موج آن و همچنین خود زمان کشیده می‌شود.»
این اثر یکی از دلایلی است که پروژه‌های پیمایش آسمان بلندمدت مانند ZTF و کاتالینا بسیار ارزشمند هستند. در این مورد، گراهام اشاره می‌کند که «هفت سال در اینجا معادل دو سال در آنجاست. ما در حال تماشای بازپخش این رویداد با یک‌چهارم سرعت هستیم.»
ستاره‌ای که از هم گسست: رویداد گسست کشندی
برای تعیین اینکه چه چیزی می‌تواند چنین انفجار نوری شدیدی را در کیهان ایجاد کند، پژوهشگران فهرستی از احتمالات را به طور کامل بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که محتمل‌ترین عامل، یک رویداد گسست کشندی (TDE) است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که گرانش یک سیاه‌چاله کلان‌جرم، ستاره‌ای را که بیش از حد به آن نزدیک شده است، از هم می‌درد و به تدریج آن را همزمان با چرخش مارپیچی به درون سیاه‌چاله می‌بلعد. این واقعیت که شراره سیاه‌چاله J2245+3743 هنوز ادامه دارد، نشان می‌دهد که ما شاهد ستاره‌ای هستیم که هنوز به طور کامل بلعیده نشده است؛ به گفته گراهام، مانند «ماهی‌ای که تنها تا نیمه در گلوی نهنگ فرو رفته است.»
اگر این شراره ناشی از یک رویداد گسست کشندی باشد، دانشمندان تخمین می‌زنند که سیاه‌چاله کلان‌جرم، ستاره‌ای با جرمی حداقل ۳۰ برابر خورشید ما را بلعیده است. رکورددار قبلی بزرگ‌ترین نامزد رویداد گسست کشندی، رویدادی با نام مستعار «باربی ترسناک» (Scary Barbie) بود که بر اساس طبقه‌بندی اولیه ZTF به نام ZTF20abrbeie شناخته می‌شد، اما شدت آن به این اندازه نبود. آن رویداد که تصور می‌شود از یک هسته کهکشانی فعال سرچشمه گرفته، ۳۰ برابر ضعیف‌تر از J2245+3743 بود و تخمین زده می‌شود ستاره محکوم به فنای آن بین سه تا ده برابر جرم خورشید بوده باشد.
یک میان‌وعده ستاره‌ای در دیسک سیاه‌چاله
اکثر حدود ۱۰۰ رویداد گسست کشندی که تاکنون مشاهده شده‌اند، در اطراف هسته‌های کهکشانی فعال (AGN) رخ نمی‌دهند. این ساختارهای عظیم از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرمی تشکیل شده‌اند که توسط دیسک‌های بزرگ و چرخان از موادی که سیاه‌چاله مرکزی را تغذیه می‌کنند، احاطه شده‌اند. هسته‌های کهکشانی فعال با فعالیت‌های تغذیه‌ای خود به طور مداوم در حال نوسان هستند که می‌تواند انفجارهای ناشی از رویدادهای گسست کشندی را پنهان کرده و یافتن آن‌ها را دشوارتر سازد. اما شراره غول‌پیکر اخیر، J2245+3743، آن‌قدر بزرگ بود که راحت‌تر دیده شد.
با این حال، در ابتدا به نظر نمی‌رسید J2245+3743 چیز خاصی باشد. در سال ۲۰۱۸، پس از اولین مشاهده این جرم، پژوهشگران از تلسکوپ ۲۰۰ اینچی هِیل در رصدخانه پالومار کلتک برای به دست آوردن طیف نوری آن استفاده کردند، اما چیز غیرعادی‌ای مشاهده نشد. در سال ۲۰۲۳، تیم متوجه شد که شراره کندتر از حد انتظار در حال محو شدن است، بنابراین طیف دیگری از رصدخانه دبلیو. ام. کِک در هاوایی به دست آوردند که نشان‌دهنده روشنایی شدید این هسته کهکشانی فعال خاص بود.
تأیید امری غیرقابل تصور: یک ستاره بلعیده شد
ک. ای. ساویک فورد، یکی از نویسندگان مقاله و استاد در مرکز تحصیلات تکمیلی دانشگاه شهری نیویورک (CUNY)، کالج اجتماعی منهتن و موزه تاریخ طبیعی آمریکا (AMNH) توضیح می‌دهد: «در ابتدا، مهم بود که ثابت کنیم این جرم فوق‌العاده واقعاً اینقدر درخشان است.» او می‌گوید این امکان وجود داشت که جرم به جای تابش در همه جهات، نور را به سمت ما متمرکز کرده باشد، اما داده‌های مأموریت سابق «کاوشگر پیمایشی فروسرخ میدان وسیع» (WISE) ناسا به رد این احتمال کمک کرد. در نهایت، پس از رد شدن سناریوهای دیگر، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که J2245+3743 در واقع درخشان‌ترین شراره سیاه‌چاله‌ای است که تاکنون ثبت شده است.
فورد می‌گوید: «اگر با استفاده از فرمول معروف آلبرت اینشتین، E=mc²، کل خورشید ما را به انرژی تبدیل کنید، این معادل مقدار انرژی‌ای است که از زمان شروع رصدمان از این شراره ساطع شده است.»
فراتر از ابرنواخترها؛ یک فاجعه آسمانی نادر
پس از تأیید اینکه درخشندگی این شراره از هر آنچه قبلاً ثبت شده بود فراتر می‌رود، پژوهشگران به این پرسش پرداختند که چه چیزی می‌تواند چنین انفجار انرژی شدیدی را ایجاد کند. یکی از ایده‌ها ابرنواختر بود، اما این توضیح به سرعت رد شد.
فورد می‌گوید: «ابرنواخترها به اندازه کافی درخشان نیستند که بتوانند این پدیده را توجیه کنند.» تیم در عوض به این نتیجه رسید که قانع‌کننده‌ترین علت، یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است که به تدریج یک ستاره غول‌پیکر را از هم می‌درد.
فورد می‌افزاید: «ستاره‌هایی با این جرم بسیار نادر هستند، اما ما فکر می‌کنیم ستاره‌های درون دیسک یک هسته کهکشانی فعال می‌توانند بزرگ‌تر شوند. مواد از دیسک بر روی ستاره‌ها ریخته شده و باعث افزایش جرم آن‌ها می‌شود.»
پنجره‌ای به گذشته کیهانی
کشف ستاره‌ای به این بزرگی که توسط یک سیاه‌چاله بلعیده می‌شود، نشان می‌دهد که رویدادهای شگفت‌انگیز مشابهی ممکن است در سراسر کیهان در حال وقوع باشد. تیم قصد دارد داده‌های بیشتری از ZTF را برای جستجوی نمونه‌های بیشتر بررسی کند و مشاهدات آینده از رصدخانه ورا سی. روبین متعلق به NSF و وزارت انرژی آمریکا ممکن است رویدادهای گسست کشندی بزرگ‌تری را آشکار سازد.
گراهام می‌گوید: «اگر ZTF نبود، ما هرگز این رویداد نادر را پیدا نمی‌کردیم. ما هفت سال است که آسمان را با ZTF رصد می‌کنیم، بنابراین وقتی هر چیزی را می‌بینیم که شعله‌ور می‌شود یا تغییر می‌کند، می‌توانیم ببینیم در گذشته چه کرده و چگونه تکامل خواهد یافت.»
مرجع: «شراره‌ای بسیار درخشان ثبت‌شده از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم» نوشته متیو جی. گراهام، بری مک‌کرنان، کی. ای. ساویک فورد، دنیل استرن، ماتئو کانتیلو، اندرو جی. دریک، یوانزه دینگ، مانسی کاسلیوال، مایک کاس، رافائلا مارگوتی، سم رز، ژان سومالوار، فیل وایزمن، اس. جی. جورگوفسکی، پاتریک ام. ورس، اریک سی. بلم، تریسی ایکس. چن، استیون ال. گروم، شرینیواس آر. کولکارنی و اشیش ماهابال، ۴ نوامبر ۲۰۲۵، مجله Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-025-02699-0
مقاله منتشر شده در Nature Astronomy با عنوان «شراره‌ای بسیار درخشان ثبت‌شده از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم»، از حمایت بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF)، بنیاد سایمونز، ناسا و بنیاد پژوهش آلمان برخوردار بوده است. تیم تحقیقاتی شامل همکارانی از کلتک از جمله اندرو دریک، یوانزه دینگ (کارشناسی ارشد ۲۰۲۵)، مانسی کاسلیوال (دکتری ۲۰۱۱)، سم رز، ژان سومالوار (اکنون پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه برکلی کالیفرنیا)، جورج جورگوفسکی، شری کولکارنی و اشیش ماهابال است. تریسی چن و استیون گروم از مرکز نجوم IPAC کلتک نیز به همراه دنیل استرن از آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا (که توسط کلتک مدیریت می‌شود) در این پژوهش مشارکت داشتند.
همکاران دیگر عبارتند از: بری مک‌کرنان از مرکز تحصیلات تکمیلی CUNY، کالج اجتماعی منهتن و موزه تاریخ طبیعی آمریکا؛ ماتئو کانتیلو از مؤسسه فلت‌آیرون بنیاد سایمونز و دانشگاه پرینستون؛ مایک کاس از Eureka Scientific؛ رافائلا مارگوتی از دانشگاه برکلی کالیفرنیا؛ فیل وایزمن از دانشگاه ساوت‌همپتون انگلستان؛ پاتریک ورس از دانشگاه رور در بوخوم آلمان؛ و اریک بلم از دانشگاه واشنگتن.
مرکز بررسی گذراهای زوئیکی (ZTF) در کلتک توسط بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) و گروهی از شرکای بین‌المللی پشتیبانی می‌شود و بودجه بیشتری از بنیاد هایزینگ-سایمونز و کلتک دریافت می‌کند. داده‌های ZTF توسط مرکز IPAC کلتک پردازش و ذخیره می‌شوند و ناسا از طریق برنامه رصد اجرام نزدیک به زمین از فعالیت‌های ZTF برای جستجوی این اجرام حمایت می‌کند.
هیچ پیشرفتی را از دست ندهید: به خبرنامه SciTechDaily بپیوندید.
ما را در گوگل، دیسکاور و نیوز دنبال کنید.