باید در محله ما سیاهچاله ها وجود داشته باشد. آیا می توانیم آنها را پیدا کنیم؟

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تخمین های علمی نشان می دهد که بین 100 میلیون تا 1 میلیارد سیاهچاله با جرم ستاره ای در کهکشان راه شیری وجود دارد. اما پیدا کردن آنها آسان نیست. آنها مانند سیاهچاله های ابرپرجرم (SMBH) در مرکز کهکشان ها نیستند. معمولا به دلایل مختلف به راحتی قابل تشخیص هستند.

هنگامی که یک SMBH به طور فعال مواد را برافزایش می دهد، مواد در یک حلقه برافزایشی چرخان جمع می شوند، جایی که گرم می شوند و تابش پرانرژی ساطع می کنند. اینها هسته های فعال کهکشانی (AGN) نامیده می شوند. درخشان ترین آنها اختروش نامیده می شوند و از فواصل بسیار دور دیده می شوند.

AGN و اختروش ها یک جفت جت اخترفیزیکی قدرتمند را در جهت مخالف در امتداد محورهای چرخش خود منتشر می کنند و در برخی موارد یکی از این جت ها مستقیما به سمت زمین است. ما به این بلازارها می گوییم و آنها حضور خود را با پرتوی انرژی فانوس دریایی اعلام می کنند که نمی توان آن را از دست داد.

سایر SMBH ها با گرانش قدرتمندشان و تأثیری که بر محیط اطرافشان می گذارد پیدا می شوند. Sgr A*، SMBH راه شیری، سیاهچاله ای ساکن است که فقط از قطره ای ماده تغذیه می کند. تقریبا هیچ تشعشعی از خود ساطع نمی کند. این ستاره از طریق شتاب دادن گرانش به ستارگان نزدیک به آن و نحوه شکل دادن به مدار آنها شناسایی شد.

سیاهچاله‌های با جرم ستاره‌ای بسیار فراوان‌تر هستند، اما همچنین نسبت به SMBH‌ها فرودست‌تر هستند و تشخیص آن‌ها دشوارتر است. با این حال، آنها باید آنجا باشند، و برخی باید در همسایگی ما باشند. مدل سازی آنها را پیش بینی می کند و همچنین پیش بینی می کند که باید منزوی شوند.

تحقیقات در مجله Astrophysical تلاشی را برای یافتن آنها در داده های Gaia ارائه کرد.

این عنوان "جستجوی نامزدهای سیاهچاله ایزوله در 15 عدد از منظومه شمسی در Gaia DR3" است و نویسنده اصلی آن عبدالرخمون نوسیرف است. نوسیروف از مرکز نجوم و اخترفیزیک، گروه فیزیک، در دانشگاه فودان در شانگهای، چین است.

نویسندگان می‌نویسند: «مدل‌های نظری پیش‌بینی می‌کنند که کهکشان میزبان 108-104 سیاهچاله است که از فروپاشی گرانشی کامل ستارگان سنگین شکل گرفته‌اند و بیشتر این سیاه‌چاله‌ها بدون هیچ همراهی جدا شده‌اند. اگر برآورد بالا 1 میلیارد باشد و نتوانیم آنها را پیدا کنیم، چه چیزی مانع ما می شود؟

نویسندگان می نویسند: «در 15 pc منظومه شمسی (حدود 50 لیتر در سال)، ممکن است چند سیاهچاله وجود داشته باشد. اگر در داخل یکی از ابرهای بین‌ستاره‌ای محلی - که 5 تا 20 درصد از این حجم محلی را اشغال می‌کنند - قرار گیرد، یک سیاه‌چاله جدا شده می‌تواند با توجه به قابلیت‌های رصدخانه‌های فعلی یا نزدیک به آینده، انتشار الکترومغناطیسی قابل تشخیص را از طریق برافزایش از محیط بین ستاره‌ای ایجاد کند.

ابر بین ستاره ای محلی (LIC) ابری از گاز نیمه یونیزه شده است. منظومه شمسی در حال حرکت از طریق LIC، نزدیک لبه آن است. سایر ابرهای بین ستاره ای، مانند G-Cloud، در این نزدیکی هستند و در مجموع از آنها به عنوان ابرهای بین ستاره ای محلی (LICs) یاد می شود.

اما به گفته نویسندگان، پیش‌بینی گسیل‌های الکترومغناطیسی این سیاه‌چاله‌ها به دلیل «عدم قطعیت‌های بزرگ در طیف‌های برافزایش مورد انتظار» چالش برانگیز است. وضعیت برای سیاهچاله های درون LIC ها و سیاهچاله های خارج از آنها متفاوت است.

در خارج از LIC ها، سیاهچاله ها برای تغذیه از آن بسیار اندک هستند. محققان توضیح می‌دهند: «خارج از این ابرها، نرخ برافزایش بسیار پایین خواهد بود؛ طبق مدل‌های ما، شار الکترومغناطیسی حاصل بسیار کمتر از آستانه تشخیص تأسیسات رصدی فعلی و آینده نزدیک است». اما در داخل LIC ها، محیط بین ستاره ای باید به اندازه کافی متراکم باشد تا برافزایش سیاهچاله قابل تشخیص باشد.

شار الکترومغناطیسی تنها یک راه برای تشخیص سیاهچاله است. راه دیگر از طریق اثر گرانشی آن بر ستارگان نزدیک است که می‌توان آن را با اخترسنجی اندازه‌گیری کرد. متأسفانه، این در محله ما کار نخواهد کرد. نویسندگان می نویسند: «در حالی که تشخیص اخترسنجی از طریق اغتشاش گرانشی ستارگان مجاور قابل تصور است، چگالی ستارگان محلی برای این روش بسیار کم است که به طور واقع بینانه موفق نباشد».

محققان برای یافتن سیاهچاله های جدا شده بالقوه ای که از ISM ایجاد می شوند، به Gaia و انتشار داده 3 آن مراجعه کردند و پنج سیاهچاله را پیدا کردند. (گایا شش نفر را پیدا کرد، اما یکی از آنها به عنوان کوتوله قهوه ای کنار گذاشته شد.) باز هم، ستاره سنجی به عنوان راه حل رد شده است. محققان توضیح می‌دهند: «همه کاندیداها در نزدیکی صفحه کهکشانی قرار می‌گیرند، و آنها را احتمالا راه‌حل‌های نجومی جعلی می‌سازد، برای مثال ناشی از منابع پس‌زمینه مدل‌نشده (ازدحام) و/یا دوتایی بدون مدل».

بنابراین موضوع به مدل‌سازی شده مادون قرمز و انتشار رادیویی آنها رسید.

گایا داده‌های طیف‌سنجی کافی برای شناسایی نامزدهای سیاه‌چاله جمع‌آوری کرد، اما برای تأیید آنها کافی نبود. اما کاتالوگ های متعددی از داده های انتشار وجود دارد که 15 پارسک اطراف منظومه شمسی را پوشش می دهد. CatWISE یکی از آنها است، کاتالوگی از منابع مادون قرمز از کاوشگر مادون قرمز میدان وسیع ناسا.

RACS و VLASS کاتالوگ های رادیویی آسمان هستند. RACS Rapid ASKAP Continuum Survey است و VLASS Rapid Array Sky Survey است. RACS آسمان رادیویی را بارها و بارها با کل تلسکوپ رادیویی ASKAP با 36 بشقاب رصد کرده است و VLASS 10 میلیون منبع رادیویی را فهرست‌بندی کرده است.

محققان می‌نویسند: «اگرچه آستانه‌های تشخیص کاتالوگ‌های رادیویی نزدیک به شارهای پیش‌بینی‌شده توسط مدل‌های ما است، هر دو مدل موافق هستند که اگر این منابع سیاه‌چاله‌هایی بودند که از محیط بین‌ستاره‌ای ایجاد می‌شدند، باید در CatWISE قابل تشخیص باشند.

متأسفانه برای علاقه مندان به سیاهچاله، هیچ منبعی یافت نشد که با نامزدهای گایا مطابقت داشته باشد.

نویسندگان می نویسند: «جستجوی ما برای گسیل مادون قرمز و رادیویی از این منابع بیشتر نشان می دهد که بعید است سیاهچاله هایی باشند که از محیط بین ستاره ای به وجود آمده اند.

این تلاش ثمربخش نبود، اما این بدان معنا نیست که جستجو به پایان خواهد رسید. تحقیقات دیگر نشان می‌دهد که هر سیاه‌چاله جدا شده‌ای که از ISM برافراشته می‌شود، بسیار کم‌نور خواهد بود و طیف نسبتا ملایمی را بدون ویژگی‌های زیاد نشان می‌دهد. اما این بدان معنا نیست که آنها غیرقابل شناسایی هستند. این فقط نشان می دهد که آنها به احتمال زیاد با مشاهدات تک ابزار غیرقابل شناسایی هستند.

نویسندگان می نویسند: "کمپین های پیگیری چندموجی، پوشش باندهای رادیویی، نوری و اشعه ایکس، برای رد تفسیرهای جایگزین و تایید ماهیت هر نامزد ضروری است."

نویسندگان در نتیجه گیری خود می نویسند: «تلاش های آینده بر جستجوی سیاهچاله های جدا شده از محیط گرم و نیمه یونیزه شده میان ستاره ای در فهرست های رادیویی و اشعه ایکس متمرکز خواهد شد.

در اوایل سال 2027، آرایه کیلومتر مربعی بخش دیگری از داده ها را منتشر خواهد کرد. آیا این داده ها خواهد بود که به شکارچیان سیاهچاله اجازه می دهد تا موفق شوند؟

محققان نتیجه می‌گیرند که این داده‌ها «به‌خصوص برای این تلاش امیدوارکننده به نظر می‌رسند».

عبدالرخمون نصیروف و همکاران، جستجوی نامزدهای سیاهچاله ایزوله در 15 عدد از منظومه شمسی در Gaia DR3، مجله Astrophysical (2026). DOI: 10.3847/1538-4357/ae6805

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →