سیاهچاله های سرگردان ممکن است تاریخچه پنهان کهکشان ها را بازگو کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

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

ستاره شناسان ییل می گویند اگر می خواهید منشأ سیاهچاله ها را بدانید، باید به فراتر از مراکز کهکشان ها نگاه کنید و شروع به جستجو در گوشه و کنار کنید. اینجاست که شما «سرگردانان» را خواهید یافت – سیاهچاله هایی که سفرشان ممکن است داستان چگونگی شکل گیری اولین سیاهچاله ها را بیان کند.

در یک مطالعه جدید منتشر شده در The Astrophysical Journal Letters، اخترشناسان اما جین ولر و پریاموادا ناتاراجان از ییل و کالین برک از دانشگاه تگزاس شمالی دریافتند که سیاهچاله‌ها - که معمولا در مراکز کهکشان‌ها قرار دارند - می‌توانند در اثر ادغام کهکشانی جابجا شوند و میلیاردها سال از مکان‌های اصلی خود دور شوند. این فرآیند در کهکشان‌های کوچک‌تر، جایی که جاذبه کمتری وجود دارد که سیاه‌چاله‌های سرگردان را به سمت مرکز می‌کشد، آشکارتر است.

ولر که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت و دانشجوی نجوم در دانشکده علوم و هنرهای دانشگاه ییل است، گفت: «نتایج ما نشان می‌دهد که بررسی سیاه‌چاله‌های سرگردان، علاوه بر سیاه‌چاله‌های متمرکز، برای درک منشأ و دینامیک سیاه‌چاله‌های عظیم و تاریخ کهکشان‌های میزبان آن‌ها ضروری است.»

تصور می شود که اولین سیاهچاله ها از "دانه ها" در جهان جوان منشأ گرفته باشند. برخی از نظریه ها پیشنهاد می کنند که اولین ستارگان در جهان بذرهای نسبتا "سبک" (سیاهچاله های کوچکتر) را از خود به جای گذاشتند. تئوری های دیگر پیشنهاد می کنند که دانه های "سنگین" (سیاهچاله های بزرگتر) حتی زودتر از طریق فرآیندهایی مانند فروپاشی مستقیم گاز دست نخورده شکل گرفته اند.

ناتاراجان، استاد نجوم جوزف اس. و سوفیا اس. فروتون و استاد فیزیک در دانشکده هنر و علوم ییل، و مشاور پایان نامه ولر، یکی از طرفداران اصلی نظریه "دانه های سنگین" است.

ناتاراجان گفت: «آنچه در مورد یافته‌های ما هیجان‌انگیز است این است که به نظر می‌رسد سیاه‌چاله‌ها بیشتر از شرایط تولدشان به یاد می‌آورند. "موقعیت امروزی آنها حاکی از هر چیزی است که برای کهکشان های میزبان آنها اتفاق افتاده است. با جدا کردن سیاهچاله ها در مراکز کهکشانی از سیاهچاله هایی که در حال سرگردان هستند، می توانیم شروع به تفکیک این دو تاریخ کنیم."

برای این مطالعه، محققان از ASTRID، یک شبیه‌سازی کیهان‌شناسی که تکامل ماده تاریک، گاز، ستاره‌ها و سیاه‌چاله‌ها را دنبال می‌کند، استفاده کردند. این تیم کهکشان‌هایی با جرم ستاره‌ای از 10 میلیون تا 1 تریلیون برابر جرم خورشید را بررسی کردند و تکامل آنها را در حدود 12.6 میلیارد سال ردیابی کردند.

یکی از ویژگی‌های مهم شبیه‌سازی ASTRID این است که سیاه‌چاله‌ها را به‌طور مصنوعی به مرکز کهکشان‌هایشان سنجاق نمی‌کند. در عوض، نیروهای گرانشی را مدل‌سازی می‌کند که باعث می‌شود سیاه‌چاله‌ها در محیط اطراف خود حرکت کنند و به تدریج به سمت مراکز کهکشانی خود فرو روند. این به محققان این امکان را داد تا بین سیاهچاله های متمرکز و سرگردان تمایز قائل شوند.

ناتاراجان گفت: "برخی از آشکارترین سیاهچاله های کیهان ممکن است سیاهچاله هایی باشند که سرگردان شده اند."

در واقع، برای کهکشان‌های کم جرم در شبیه‌سازی خود، محققان دریافتند که تعداد کهکشان‌های دارای سیاه‌چاله سرگردان افزایش یافته، در حالی که تعداد کهکشان‌هایی با سیاه‌چاله مرکزی کاهش یافته است.

شبیه سازی ASTRID به احتمالات جالب دیگری اشاره کرد. این نشان می دهد که کهکشان های کم جرم حتی پس از میلیاردها سال رشد و ادغام، اطلاعات مربوط به جمعیت اولیه خود را حفظ می کنند. همچنین نشان می‌دهد کهکشان‌های کم‌جرم که تشکیل ستاره‌ها را متوقف کرده‌اند، احتمالا حاوی سیاه‌چاله‌های مرکزی هستند، در حالی که کهکشان‌های ستاره‌ساز بیشتر میزبان افراد سرگردان هستند.

ناتاراجان گفت: «سیاهچاله‌ها بایگانی‌های کیهانی قابل توجهی هستند. فراوانی آنها به ما چیزی در مورد چگونگی تولد آنها می گوید، در حالی که مکان آنها سابقه ای از نحوه جمع آوری کهکشان های آنها را حفظ می کند.

به گفته محققان، یافته‌ها چارچوبی برای رویکردی جامع‌تر برای یافتن و درک منشا سیاه‌چاله‌ها ارائه می‌دهد. این رویکردی است که شامل مشاهدات پرتو ایکس عمیق، طیف‌سنجی نوری و مادون قرمز، اندازه‌گیری‌های رادیویی و جست‌وجوی «شعله‌های» مختصر ناشی از تکه تکه شدن ستاره‌ها توسط سیاه‌چاله‌ها می‌شود.

ولر گفت: «هر یک از این روش‌ها می‌تواند بخش‌های مختلف جمعیت را بررسی کند. با ترکیب مشاهدات با نتایج شبیه‌سازی‌ها، ممکن است بتوانیم آثار تشکیل سیاه‌چاله و تکامل کهکشان‌ها را شناسایی کنیم.»

اما جین ولر و همکاران، کسر اشغال سیاهچاله به عنوان یک رکورد فسیلی از بذر، دینامیک و مونتاژ کهکشان، The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/ae9c38

اطلاعات مجله: اخترفیزیک مجله نامه

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →