این سیاهچاله ابرجثی ماده را با سرعت ۱۳۴ میلیون مایل بر ساعت بیرون پرتاب کرد: «در مقیاسی که تقریباً بیش از تصور است»
نوشتهٔ کیونا ن. اسمیت
سیاهچالههای ابرجثی بهطور مشهور خوراکیهای نامنظمی میخورند، اما غول موجود در هستهٔ کهکشان مارپیچی NGC 3783 واقعاً این لقب را بهدست میآورد — و سپس ماده را با سرعت یکپنجم سرعت نور به فضا پرتاب میکند.
اخترشناسان اخیراً وزش گرمایی از ذرات گرم و باردار را که پس از یک فلش ایکسری قدرتمند چند ساعت پیش رخ داده بود، از این سیاهچاله مشاهده کردند. ماتئو گاینازی، یکی از همنویسندگان این مطالعه، در بیانیهای گفت: تصور کنید طوفان کیهانیای «شبیه به فلشهایی که از خورشید سر میبرند، اما در مقیاسی تقریباً بزرگتر از تصور»؛ گاینازی بهعنوان دانشمند پروژه در تلسکوپ ایکسری XRISM آژانس فضایی اروپا فعال است که به این نتایج منجر شد.
میدان مغناطیسی خورشید ما یک پدیده بیثابت است. دائماً در حال تغییر است و گاهی خطوط آن میشکنند و سپس دوباره به هم میپیوندند. این قطع و وصل شدید، یک فلش خورشیدی را به وجود میآورد، که یک پرتو کوتاه از اشعه سطح خورشید است. همان فرآیند اغلب یک گلوب عظیم از پلاسما (ذرات گاز باردار الکتریکی) را به فضا میفرستد.
اما سیاهچالهٔ ابرجثی که در هستهٔ NGC 3783 پنهان است، ۳۰ میلیون برابر جرم خورشید کوچک ماست و میدان مغناطیسی پیرامون آن میلیونها برابر قویتر است؛ بنابراین وقتی خطوط آن میشکنند و دوباره به هم وصل میشوند، فلش حاصل یک فوران تقریباً غیرقابل درک از توان است.
و این صحنه خیرهکننده میتواند به اخترفیزیکدانان کمک کند تا بهتر درک کنند که چگونه سیاهچالههای ابرجثی سرنوشت کهکشانهای میزبان خود را شکل میدهند.
آزادسازی طوفان کیهانی
اخترشناسانی که از XRISM استفاده میکردند، ابتدا یک انفجار کوتاه اما شدید از تابش ایکسری را که از اطراف سیاهچاله ساطع میشد، مشاهده کردند. چند ساعت بعد، XRISM باد شدیدی را که از همان ناحیه به سرعت ۱۳۴ میلیون مایل (۲۱۶ میلیون کیلومتر) در ساعت به سمت خارج حرکت میکرد، کشف کرد. ابزارهای XRISM سرعت و ساختار این باد را اندازهگیری کردند و منبع آن را شناسایی کردند، در حالی که ابزارهای تلسکوپ XMM‑Newton ایکسری برای اندازهگیری وسعت طوفان کیهانی کمک کردند. لِیی گو، اخترفیزیکدان سازمان پژوهشهای فضایی هلند و یکی از نویسندگان این مطالعه، همراه همکارانش میگویند که فرایندی که این طوفان را به وجود آورده، تفاوت چندانی با فرایندی که باعث ایجاد فلشهای خورشیدی و انتشارات جرم تاجی خورشید ما میشود، ندارد — تنها در مقیاسی غولپیکر.
«بادهای اطراف این سیاهچاله بهنظر میرسد که بهدلیل بازگشت ناگهانی میدان مغناطیسی درهمتنیدهٔ هسته فعال کهکشانی ایجاد شدهاند»، گفت گاینازی.
میدان مغناطیسی خورشید ما یک پدیده بیثابت است. دائماً در حال تغییر است و گاهی خطوط آن میشکنند و سپس دوباره به هم میپیوندند. این قطع و وصل شدید، یک فلش خورشیدی را به وجود میآورد، که یک پرتو کوتاه از اشعه سطح خورشید است. همان فرآیند اغلب یک گلوب عظیم از پلاسما (ذرات گاز باردار الکتریکی) را به فضا میفرستد.
اما سیاهچالهٔ ابرجثی که در هستهٔ NGC 3783 پنهان است، ۳۰ میلیون برابر جرم خورشید کوچک ماست و میدان مغناطیسی پیرامون آن میلیونها برابر قویتر است؛ بنابراین وقتی خطوط آن میشکنند و دوباره به هم وصل میشوند، فلش حاصل یک فوران تقریباً غیرقابل درک از توان است.
و در حالی که یک انتشاری از جرم تاجی عادی از خورشید ما با سرعت بیش از ۳ میلیون مایل (۴٫۸ میلیون کیلومتر) در ساعت رخ میدهد، به خاطر داشته باشید که باد پرتلاطم سیاهچالهٔ ابرجثی NGC 3783 با سرعت بیش از ۱۳۴ میلیون مایل در ساعت آزاد شد. این حدود ۰٫۲ C یا ۲۰٪ سرعت نور است (بهدقت کافی برای اینکه بهعنوان نسبیتی در نظر گرفته شود، اگر بخواهید شمارش کنید).
رفتارهای پرخاشگرانهٔ ابرجثی و سرنوشت کهکشانها
سیاهچالههای ابرجثی (حداقل آنهایی که بهصورت فعال مادهای از کهکشانهای میزبان خود جذب میکنند) بهدلیل تولید جتهای نسبیتی شناخته شدهاند: جریانهای پلاسما که در جهتهای مخالف از قطبهای مغناطیسیشان بهسوی بیرون پرتاب میشوند. برخی جفتهای جتهای نسبیتی میتوانند بیش از یک میلیون سال نوری امتداد پیدا کنند که از بازوهای کهکشانهای میزبان خود گستردهتر هستند. این جتها میتوانند سرعتی بسیار نزدیکتر به سرعت نور داشته باشند و زمان طولانیتری نسبت به این انفجار یکبارگی اخیر ادامه یابند، اما بخشی از انرژی آنها از فرآیندهای مشابهی که در میدان مغناطیسی سیاهچالهٔ ابرجثی رخ میدهد، تأمین میشود.
جتهای نسبیتی و فلشهای تقریباً نسبیتی مانند این تنها فرآیندهای رخداده در اطراف سیاهچالههای ابرجثی نیستند. ناحیهای از فضا نزدیک به سیاهچاله که به «دیسک تجمع» شناخته میشود، جایی است که خطوط میدان مغناطیسی قدرتمند میرقصند و ماده در آن با سرعتهای فوقالعادهای شتاب میگیرد هنگامی که به سمت درون سیاهچاله سقوط میکند — و این سرعت، همراه با انفجارهای گاهبهگاه انرژی، میتواند آن ماده را به فضا پرتاب کرده و گاهی بهطور کامل از کهکشان میزبان آن خارج کند.
این انفجار اخیر از باد کیهانی، برای اخترفیزیکدانان یک چشمانداز به جزئیات مکانیکی حداقل یکی از این فرآیندها فراهم میکند و میتواند به آشکارسازی برخی از روشهایی که عادات پرخورد اما گاهبهگاه نامنظم سیاهچالهٔ ابرجثی بر سرنوشت کهکشانه میگذارد، کمک کند.
اگر یک سیاهچاله مادهای بیش از حد و بهسرعت زیاد جذب کند یا اگر بیش از حد مادهای را از کهکشان میزبان بیرون پرتاب کند، میتواند منبع غذایی خود را قطع کند و فرآیند شکلگیری ستارگان در کهکشان را بهطور کامل متوقف سازد. از سوی دیگر، بازگرداندن انفجارهای پلاسما به داخل کهکشان میتواند موج جدیدی از شکلگیری ستارگان را برانگیزد. این یک حلقه بازخوردی پیچیده است که فیزیکدانان میخواهند آن را بهطور جزئیتر درک کنند.
«هستههای فعال کهکشانی با بادهای قدرتمند نیز نقش بزرگی در چگونگی تکامل زمانی کهکشانهای میزبان و شکلگیری ستارگان جدید ایفا میکنند»، گفت کامیل دیهز، پژوهشگر همکار ESA و همنویسندهٔ این مطالعه، در بیانیه خبری اخیر. «از آنجا که این هستهها تأثیرگذارند، شناخت بیشتر دربارهٔ مغناطیس هستههای فعال کهکشانی و چگونگی ایجاد بادهای مشابه، کلید درک تاریخچهٔ کهکشانها در سراسر جهان است.»
یک مقاله دربارهٔ این کار در ۹ دسامبر در نشریه نجوم و کیهانشناسی منتشر شد.