ستاره شناسان در یک وعده غذایی کیهانی قبل از آروغ زدن جت های رادیویی 300 روز بعد، شاهد دره سیاه چاله ای بزرگ بودند.

ستاره شناسان با استفاده از فضاپیمای پرتو ایکس ناسا به همراه مشاهدات رادیویی، سیصد روز پس از یک وعده غذایی سنگین کیهانی، یک سیاهچاله عظیم را مشاهده کردند که جت های رادیویی آروغ می زد. این تیم همچنین توانست جرم این تیتان کیهانی تغذیه کننده را که در قلب خوشه پرسئوس، مجموعه عظیمی از هزاران کهکشان قرار دارد، تخمین بزند.

این سیاهچاله در مرکز کهکشان NGC 1275 قرار دارد که در فاصله 225 سال نوری از ما قرار دارد و درخشان ترین کهکشان خوشه پرسئوس است. این سیاهچاله بسیار پرجرم ابتدا در پرتوهای ایکس شعله ور شد که نشان دهنده افزایش سرعت تجمع ماده بود. سیاهچاله‌های پرجرم که به طور فعال تغذیه می‌کنند در مناطقی به نام هسته‌های فعال کهکشانی (AGNs) قرار دارند، با گرانش عظیم‌شان که ماده اطراف را گرم می‌کند و باعث می‌شود که آنها به شدت بدرخشند.

این گسیل‌ها توسط موادی که به قطب‌های سیاه‌چاله مرکزی هدایت می‌شوند، افزایش می‌یابد، از آنجا که به عنوان جت‌های دوقلو قدرتمندی که در سراسر طیف الکترومغناطیسی، به‌ویژه در امواج رادیویی می‌تابند، منفجر می‌شوند.

مشاهده جت رادیویی زیر از AGN در قلب NGC 1275 از طریق شعله ور شدن در امواج رادیویی برای درک رابطه بین قرص ماده که سیاهچاله را احاطه کرده و تغذیه می کند، به نام دیسک برافزایشی، و جت هایی که پرتاب می کند، بسیار مهم است. این به اصطلاح جفت دیسک جت برای ایجاد تصویر بهتری از چگونگی تأثیر سیاهچاله‌ها بر شکل‌گیری ستاره‌ها در کهکشان‌هایی که در آن‌ها قرار دارند، و در نتیجه رشد آن کهکشان‌ها کلیدی است. انجام این مشاهدات کار ساده ای نیست.

فضاپیمای ایده‌آل برای رصد پرتوهای ایکس چاندرا است، اما NGC 1275 را به اندازه کافی مشاهده نمی‌کند تا بتواند رفتار طولانی‌مدت آن را مشاهده کند. رصدخانه سوئیفت نیل گرلز ناسا ممکن است فاقد قدرت چاندرا باشد، اما پس از پرتاب در سال 2004، داده های زیادی را در مورد NGC 1275 و سیاهچاله مرکزی آن جمع آوری کرده است.

سارا کچام، سرپرست تیم از دانشگاه میشیگان، به Space.com گفت: «دیدن ناحیه داخلی این AGN نسبتا دشوار است زیرا NGC 1275 در مرکز خوشه‌ی عظیم کهکشان‌های پرسئوس قرار دارد که نور بیشتری به مشاهدات ما می‌افزاید.» ما مدلی را توسعه دادیم که به ما اجازه می‌دهد تا انتشار خوشه‌ای را از داده‌های آرشیو سوئیفت حذف کنیم و با انجام این کار، توانستیم تغییرات شار پرتو ایکس ناشی از افزایش گاز به سیاه‌چاله در NGC 1275 را از سال 2007 تا 2025 ببینیم.

کچام اضافه کرد که قابلیت های سوئیفت کلید این تحقیق در مورد NGC 1275 بود که آزمایشگاه ایده آلی برای مطالعه جفت دیسک جت است.

محقق دانشگاه میشیگان ادامه داد: "مطالعاتی بر روی کهکشان های دیگر با AGN انجام شده است که شواهدی از جفت شدن بین تجمع گاز ردیابی شده در نور پرتو ایکس و پرتاب گاز در جت ها، ردیابی شده در نور رادیویی را نشان می دهد. اما NGC 1275 تاثیر جت های سیاهچاله در مقیاس های فضایی بزرگ را بهتر از هر سیستم دیگری نشان می دهد."

این سیاهچاله یک ستاره را نخورد

کچام و همکارانش در فوریه 2023 قوی‌ترین شعله‌های اشعه ایکس را از NGC 1275 مشاهده کردند. این قسمت که کمتر از 60 روز طول کشید و از دو انفجار 5 روزه تشکیل شده بود، شاهد دو برابر شدن روشنایی پرتو ایکس AGN در قلب NGC 1275 بود.

شعله ور شدن آنقدر شدید بود که تیم مجبور شد یک رویداد مختل جزر و مد (TDE) را به عنوان علت رد کند. اینها زمانی اتفاق می‌افتند که مدار ستاره‌ای بدبخت، آن را به نفوذ گرانشی عظیم یک سیاه‌چاله بسیار نزدیک می‌کند. این نفوذ نیروهای جزر و مدی شدیدی را ایجاد می کند که به طور همزمان ستاره را له کرده و می فشارد، آن را "اسگتیت" می کند و به سیاهچاله اجازه می دهد مقداری پاستا پلاسما بخورد.

Ketchum گفت: "ما توانستیم TDE ها را به عنوان یک علت رد کنیم." بنابراین، شعله ور شدن احتمالا ناشی از افزایش سرعت تجمع ماده در سیاهچاله بوده است.

با استفاده از داده های سوئیفت، تیم توانست شعاع AGN را که از آن تابش ساطع می کند استنباط کند. از آنجایی که اندازه یک سیاهچاله مستقیما با جرم آن در ارتباط است، این بدان معناست که محققان توانستند جرم سیاهچاله را در قلب NGC 1275 محدود کنند.

این تیم سپس داده های خود را با داده های رادیویی شناخته شده مقایسه کرد تا رابطه بین انتشار پرتو ایکس و جت های رادیویی که گاز را در NGC 1275 مختل می کنند، بهتر درک کنند.

خوشه پرسئوس و سیاهچاله مرکزی آن به رنگ سفید که توسط تلسکوپ چاندرا و VLT دیده می شود. (اعتبار تصویر: اشعه ایکس: NASA/CXC/SAO/V. Olivares و همکاران؛ نوری/IR: DSS؛ H-alpha: CFHT/SITELLE؛ خوشه قنطوروس: اشعه ایکس: NASA/CXC/SAO/V. Olivaresi و همکاران) کچام افزود که او و همکارانش شواهد آزمایشی از تاخیر 300 روزه بین شعله ور شدن اشعه ایکس و انتشار امواج رادیویی پیدا کردند. این نشان‌دهنده زمانی است که پلاسما از پایه جت به گره یا شوکی که هنگام برخورد با گاز یا غبار اطراف ایجاد می‌شود، طول می‌کشد.

کچام گفت: "این باید در آینده بیشتر آزمایش شود. داده های اشعه ایکس ما فقط به صورت پراکنده از تغییرات NGC 1275 نمونه برداری می کنند." این امر تعیین رابطه دقیق بین پرتو ایکس و تشعشعات رادیویی برای بخش‌های بزرگی از منحنی نور ما را دشوار می‌کند، بنابراین برای مطالعه بیشتر این ارتباط به داده‌های پرتو ایکس بیشتری نیاز داریم.»

محقق اضافه کرد که اگر شعله های اشعه ایکس نزدیک به سیاهچاله تولید شوند، پژواک این شعله ها باید از دیسک برافزایشی دیده شود.

کچام نتیجه گرفت: "یک خط انتشار از آهن خنثی در داده های NGC 1275 دیده می شود و این ممکن است پژواک باشد. با این حال، ما احتمالا به مشاهدات زیادی با XMM-Newton و XRISM (ماموریت تصویربرداری پرتو ایکس و طیف سنجی) نیاز داریم تا واقعا این ارتباط را برقرار کنیم."

تحقیقات این تیم برای انتشار در Astrophysical Journal Letters پذیرفته شده است، با نسخه پیش داوری موجود در سایت مخزن arXiv.