ستاره‌شناسان کرونای «نامرئی» یک سیاهچاله را که در فاصلهٔ ۶ میلیارد سال نوری قرار دارد، به تصویر کشیدند

ستاره‌شناسان روشی برای اندازه‌گیری کرونای گرم اطراف یک سیاهچالهٔ ابرجرم دوردست پیدا کردند. این سیاهچاله در کوازار RX J1131 قرار دارد، حدود ۶ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد و با جذب گازهای اطراف، انرژی شدیدی می‌تاباند.

با استفاده از آرایهٔ بزرگ میلیمتری/زیر میلیمتری (ALMA) در شیلی، تیم تغییرات سیگنال سیاهچاله را در طول چندین سال دنبال کرد. این لرزش‌های ظریف، ابعاد و درخشانی هالهٔ گازی را آشکار کردند.

این رویکرد کوازار دوردست را به آزمایشی طبیعی برای فیزیک سیاهچاله تبدیل کرد و نگاهی نادر به شرایط نزدیک یکی از شدیدترین اشیای کیهانی فراهم آورد.

لبهٔ نامرئی RX J1131

این پژوهش به رهبری ماتوس رایباک، پژوهشگر ارشد در دانشگاه لیدن هلند، انجام شد. تحقیقات او بر گازهای گرم و میدان‌های مغناطیسی که اطراف سیاهچاله‌های ابرجرم فعال تغذیه می‌شوند، متمرکز است.

در اطراف RX J1131 کرونایی قرار دارد؛ ابر گازی بسیار گرم و نازکی که دقیقاً در بیرون سیاهچاله می‌نشیند. در این ناحیه، ذرات تا دماهای میلیون‌درجه گرم می‌شوند و در پرتوهای ایکس با انرژی بالا و نورهای با انرژی پایین شبیه به رادیو می‌درخشند.

تمام این سامانه به‌عنوان یک کوازار می‌درخشد؛ مرکزی بسیار روشن که توسط یک سیاهچالهٔ ابرجرم در حال تغذیه می‌شود. وقتی سیاهچاله گازها و گرد و غبار اطراف خود را می‌جذب کند، این ماده انرژی‌های عظیمی را در تمام طول‌موج‌ها آزاد می‌سازد پیش از این‌که به درون سیاهچاله فرو رود.

جاذبه تبدیل به تلسکوپ طبیعی می‌شود

بین زمین و RX J1131 یک کهکشان قرار دارد که لنزینگ گرانشی ایجاد می‌کند. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که جرم پیش‌زمینهٔ نور منبع دوردست را خم می‌کند.

این مشاهدات نور کوازار را به چهار تصویر پیرامون کهکشان لنزی تقسیم می‌کنند، به‌طوری که هر تصویر مسیر متفاوتی در فضا می‌پیماید.

ستارگان منفرد داخل کهکشان لنزی اثر دیگری به نام میکرو‌لنزینگ ایجاد می‌کنند؛ به‌این معنی که یک ستارهٔ واحد به‌طور موقت مانند یک عدسی میکروسکوپی عمل می‌کند.

در حالی که نور پس‌زمینه پشت ستارگان مختلف می‌لغزد، بخش‌های کوچکی در نزدیکی سیاهچاله به‌صورت جداگانه انتخاب می‌شوند و شدت درخشانی‌شان افزایش می‌یابد.

به‌طور کلی، لنزینگ قوی کل کهکشان و میکرو‌لنزینگ ستارگانش همانند دو لنز بزرگ‌بازویی به‌هم‌پیوسته عمل می‌کنند. این هم‌ترازی نادر، جزئیات کرونای اطراف سیاهچاله را واضح‌تر کرد؛ چنین وضوحی در شرایط عادی حتی با قدرتمندترین تلسکوپ‌ها نیز دست نیافتنی بود.

کرونایی با مقیاس منظومهٔ شمسی

تیم رایباک مشاهدات قدیمی ALMA را بررسی کرده و با داده‌های جدید ترکیب کردند. تنها پس از چند روز بررسی مطالب، رایباک دریافت که الگوها به‌نظر نادرست می‌آیند و نیاز به بررسی دقیق‌تری دارند.

اگر تغییرات روشنایی از خود کوازار نشأت می‌گرفت، چهار تصویر همزمان روشن و خاموش می‌شدند. اما در عوض، هر کدام به‌صورت جداگانه لرزش می‌کردند. این نشانهٔ واضحی بود که لنزهای مینیاتوری داخل کهکشان پیش‌زمینه در زمان‌های متفاوت بخش‌های مختلف منبع را برجسته می‌کردند.

با تجزیه‌وتحلیل دقیق این لرزش‌ها، پژوهشگران به این نتیجه رسیدند که نور از ناحیه‌ای بسیار کوچک کنار سیاهچاله ساطع می‌شود. آن‌ها دریافتند که این ناحیه اشعهٔ میلیمتری می‌پراکند، نوری با طول موج در حدود یک میلیمتر.

بر پایهٔ شدت میکرو‌لنزینگ، آن‌ها برآورد کردند که منطقهٔ تابشی تقریباً ۵۰ واحد نجومی عرض داشته باشد؛ یعنی تقریباً فاصلهٔ خورشید تا لبهٔ یخبندان‌وار منظومهٔ شمسی ما.

میدان‌های مغناطیسی و سیاهچاله‌ها

اندازه‌گیری جدید از ابعاد، ایدهٔ اینکه کرونای یک ناحیهٔ فشرده تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی قوی است را تأیید می‌کند. مطالعات نظری پیشین حاکی بود که انتشار طول موج‌های بلند در کوازارهای کم‌صدا می‌تواند از این ناحیه نشأت بگیرد، نه از مناطق تشکیل ستاره یا جت.

ترکیب روشنایی میلیمتری و توان ایکس‌ری در RX J1131 با رابطهٔ Güdel‑Benz هم‌خوانی دارد؛ الگویی که خروجی رادیویی و ایکس‌ری را در ستارگان فعال مغناطیسی مرتبط می‌کند. مشاهدهٔ همین تعادل در این کوازار به شدت از منشاء کرونایی برای انتشار طول موج‌های بلند حمایت می‌کند.

پیش از این تصور می‌شد که نور میلیمتری از کوازارهای کم‌صدا به‌ندرت در طول زمان تغییر می‌کند. اما آخرین نظارت ایکس‌ری بر RX J1131 تغییراتی را نزدیک به سیاهچاله نشان می‌دهد. مطالعات می‌توانند این رفتار را با کرونای اندازه‌گیری‌شده هم‌راستا کنند.

آموخته‌ها از RX J1131

آلما در حال گسترش به فرکانس‌های رادیویی پایین‌تری است؛ جایی که کرونای سیاهچاله‌ها به‌شدت می‌درخشند. این امر به ستاره‌شناسان امکان می‌دهد تا با استفاده از تکنیک‌های میکرو‌لنزینگ، بر روی سیستم‌های دورتر و فراوان‌تر کار کنند.

هر لرزش جدیدی که ثبت می‌کنند، به ترسیم ساختار این محیط‌های شدید و نحوهٔ انتقال انرژی توسط میدان‌های مغناطیسی آن‌ها کمک می‌کند.

آب‌سردخانهٔ ورنیکا س. روبین به‌صورت عمیق و مکرر آسمان را عکسبرداری خواهد کرد و احتمالاً هزاران کوازار لنزی جدید مشابه RX J1131 کشف خواهد کرد.

حتی اگر بودجهٔ مأموریت‌های ایکس‌ری کاهش یابد، ترکیب این جستجوهای نوری با مشاهدات میلیمتری به کشف‌ ادامهٔ پدیده‌های اطراف سیاهچاله‌های دوردست می‌انجامد.

این مطالعه در Astronomy & Astrophysics منتشر شده است.