شاید ۱۷۰ میلیون سیاه‌چاله در «گورستان» کهکشان راه شیری پنهان شده باشند

سیاه‌چاله‌ها استاد پنهان‌کاری هستند. مگر اینکه هنگام بلعیدن ماده اطراف خود به‌طور موقت درخشان شوند، تشخیص حضور آن‌ها تقریباً غیرممکن است. به همین دلیل، دانشمندان هنوز نمی‌دانند دقیقاً چه تعداد سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای در کهکشان راه شیری وجود دارد.

به‌گزارش انتخاب و به نقل از  sciencealert ؛ اکنون گروهی از اخترشناسان با شبیه‌سازی کامل تاریخچه شکل‌گیری و تکامل کهکشان راه شیری، به تخمین تازه‌ای رسیده‌اند: احتمالاً حدود ۱۷۰ میلیون سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای در سراسر کهکشان ما پراکنده هستند.

بیا بازی ببین

ماینکرفت | هیچی نگفت... یواشکی وین گرفت!	روبلاکس | رفتیم اسکویید گیم، دیگه رفاقتی باقی نموند...	ماینکرفت | بدوارز یا فیلم
ماینکرفت | پیکار سه نوب با دراگون... | بقا با رفقا قسمت ۹ (پارت آخر)	ماینکرفت | کی فکرشو میکرد توی بدوارز انقدر کمپ جوابه!!!	روبلاکس | با دوستم رفتیم گرنی، ولی انتظار اینو نداشتیم!

علاوه بر این، این شبیه‌سازی محل پراکندگی، جرم و حتی نوع انفجارهایی را که این سیاه‌چاله‌ها از آن‌ها به وجود آمده‌اند پیش‌بینی می‌کند؛ اطلاعاتی که می‌تواند راهنمای رصدهای آینده باشد و صحت این مدل‌ها را محک بزند.

نتایج این پژوهش برای انتشار در مجلات انجمن نجوم آمریکا (AAS) ارسال شده و در حال حاضر به‌صورت پیش‌چاپ در پایگاه arXiv در دسترس است و هنوز فرایند داوری علمی را به پایان نرسانده است.

سیاه‌چاله‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟

سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای بقایای ستاره‌های بسیار پرجرم هستند. هنگامی که سوخت هسته‌ای یک ستاره به پایان می‌رسد، دیگر نمی‌تواند در برابر نیروی گرانش مقاومت کند. در نتیجه، ستاره در یک انفجار ابرنواختری منفجر می‌شود و هسته آن تحت فشار شدید گرانش فرو می‌ریزد و به جرمی فوق‌العاده چگال تبدیل می‌شود؛ جرمی که حتی نور نیز توان فرار از گرانش آن را ندارد.

همین ویژگی باعث می‌شود شناسایی سیاه‌چاله‌ها بسیار دشوار باشد، زیرا اخترشناسان برای مطالعه جهان عمدتاً به نور وابسته‌اند و اگر جسمی نوری از خود منتشر نکند، پیدا کردن آن بسیار سخت خواهد بود.

بازسازی ۱۳.۶ میلیارد سال تاریخ راه شیری

برای حل این مشکل، پژوهشگران به سرپرستی «تام واگ» از مؤسسه فلت‌آیرون آمریکا، نسخه‌ای مجازی از کهکشان راه شیری ساختند و روند ۱۳.۶ میلیارد سال شکل‌گیری ستاره‌ها، مرگ آن‌ها، تولد سیاه‌چاله‌ها و تکامل کهکشان را شبیه‌سازی کردند.

نتیجه این مدل‌ها نشان داد که در طول عمر راه شیری، حدود ۱۷۰ میلیون ستاره پس از پایان عمر خود به سیاه‌چاله تبدیل شده‌اند.

این عدد در نگاه اول بسیار بزرگ به نظر می‌رسد، اما با توجه به وسعت عظیم راه شیری، تراکم سیاه‌چاله‌ها چندان زیاد نیست. بر اساس محاسبات پژوهشگران، در فاصله‌ای مشابه موقعیت خورشید از مرکز کهکشان، به‌طور متوسط در هر ۶۲۵۰ پارسک مکعب تنها یک سیاه‌چاله وجود دارد.

اگر این تعداد را در طول عمر ۱۳.۶ میلیارد ساله کهکشان تقسیم کنیم، به‌طور میانگین هر ۸۰ سال یک سیاه‌چاله جدید شکل گرفته است. البته در واقعیت، بیشتر سیاه‌چاله‌ها در میلیاردها سال نخست تاریخ کهکشان و زمانی که نرخ تولد ستاره‌ها بسیار بیشتر از امروز بود، به وجود آمده‌اند.

چرا سیاه‌چاله‌ها در محل تولد خود باقی نمی‌مانند؟

یکی از جالب‌ترین نتایج این پژوهش این است که بسیاری از سیاه‌چاله‌ها پس از تولد، در همان محل باقی نمی‌مانند.

هنگامی که یک ستاره در انفجار ابرنواختری از بین می‌رود، اگر انفجار نامتقارن باشد، نیرویی موسوم به «لگد تولد» (Natal Kick) به سیاه‌چاله تازه‌متولدشده وارد می‌شود و آن را با سرعت زیاد در کهکشان به حرکت درمی‌آورد.

در موارد نادر، این سرعت آن‌قدر زیاد است که سیاه‌چاله حتی از راه شیری خارج می‌شود، اما در بیشتر موارد، فقط درون کهکشان جابه‌جا شده و محل استقرار آن با محل تولدش تفاوت پیدا می‌کند.

به همین دلیل، صفحه‌ای که سیاه‌چاله‌ها در آن پراکنده‌اند، بسیار ضخیم‌تر از صفحه ستارگان است. ضخامت دیسک ستاره‌ای راه شیری حدود ۳۰۶ پارسک است، اما پژوهشگران برآورد کرده‌اند که دیسک سیاه‌چاله‌ها حدود ۷۹۰ پارسک ضخامت دارد.

سبک‌ترها بیشتر سفر می‌کنند

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد سیاه‌چاله‌های سبک‌تر معمولاً فاصله بیشتری از صفحه کهکشان می‌گیرند، زیرا هنگام تولد «لگد» قوی‌تری دریافت می‌کنند.

دلیل این موضوع آن است که در انفجارهایی که سیاه‌چاله‌های سبک‌تر را می‌سازند، مقدار بیشتری از مواد ستاره به فضا پرتاب می‌شود و همین امر نیروی پس‌زنی بیشتری ایجاد می‌کند. در مقابل، در سیاه‌چاله‌های سنگین‌تر، بخش بیشتری از مواد دوباره روی خود سیاه‌چاله سقوط می‌کند و شدت این ضربه را کاهش می‌دهد.

این کشف چه اهمیتی دارد؟

به گفته پژوهشگران، رصدهای آینده فقط به شمارش سیاه‌چاله‌ها محدود نخواهد شد. بررسی جرم، سرعت و مسیر حرکت آن‌ها می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره نحوه مرگ ستاره‌های پرجرم، نوع انفجارهای ابرنواختری و فرآیند شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها در اختیار دانشمندان قرار دهد.

اگر مشاهدات آینده با پیش‌بینی‌های این شبیه‌سازی مطابقت داشته باشد، مدل‌های رایانه‌ای کنونی اعتبار بیشتری پیدا خواهند کرد و می‌توان از آن‌ها برای درک بهتر تاریخچه و تکامل کهکشان‌ها استفاده کرد.

به باور پژوهشگران، مکان و حرکت امروزی سیاه‌چاله‌ها در واقع ردپایی از گذشته کهکشان را در خود حفظ کرده است؛ بنابراین «گورستان پنهان» راه شیری می‌تواند به آرشیوی ارزشمند از تاریخ میلیاردها ساله کهکشان ما تبدیل شود.