این مقاله در ابتدا در تاریخ منتشر شده است گفتگو. این نشریه مقاله را در اختیار Space.com قرار داد رای کارشناسان: Op-Ed & Insights.
دانیل پرلی، خواننده اخترفیزیک، دانشگاه جان مورز لیورپول
ستاره شناسان به طور فزاینده ای پرده های سیاهچاله ها را کنار می زنند.
در چند سال گذشته، ما بالاخره تصاویر واقعی از این موجودات وحشتناک گرفته ایم و امواج گرانشی - امواج در فضا-زمان - را که در یک برخورد ایجاد می کنند، اندازه گیری کرده ایم. اما هنوز چیزهای زیادی در مورد سیاهچاله ها وجود دارد که ما نمی دانیم. یکی از بزرگترین رازها این است که در وهله اول دقیقا چگونه شکل می گیرند.
من و همکارانم اکنون بر این باوریم که این فرآیند را مشاهده کرده‌ایم و برخی از بهترین نشانه‌ها را تا کنون ارائه کرده‌ایم که دقیقاً هنگام تشکیل یک سیاهچاله چه اتفاقی می‌افتد. نتایج ما در دو مقاله در Nature و Astrophysical Journal منتشر شده است.
ستاره شناسان، هم از نظر رصدی و هم از نظر تئوری، بر این باورند که بیشتر سیاهچاله ها زمانی تشکیل می شوند که مرکز یک ستاره عظیم در پایان عمرش فرو می ریزد. هسته ستاره معمولاً با استفاده از گرمای واکنش‌های هسته‌ای شدید فشار یا پشتیبانی می‌کند. اما پس از اتمام سوخت چنین ستاره‌ای و توقف واکنش‌های هسته‌ای، لایه‌های درونی ستاره تحت تأثیر گرانش به سمت داخل فرو می‌روند و تا حد چگالی خرد می‌شوند.
بیشتر اوقات، این فروپاشی فاجعه‌بار زمانی متوقف می‌شود که هسته ستاره در یک کره جامد از ماده غنی از ذرات به نام نوترون متراکم شود. این منجر به یک انفجار برگشتی قدرتمند می شود که ستاره (ابر نواختر) را از بین می برد و یک جسم عجیب و غریب به نام ستاره نوترونی را پشت سر می گذارد. اما مدل‌های ستارگان در حال مرگ نشان می‌دهند که اگر ستاره اصلی به اندازه کافی جرم داشته باشد (40 تا 50 برابر جرم خورشید)، فروپاشی بدون وقفه تا زمانی که ستاره در یک تکینگی گرانشی - یک سیاهچاله - له شود ادامه می‌یابد.
متصل: 10 وحشی ترین چیزهایی که در مورد سیاهچاله ها در سال 2021 آموختیم
نظریه های انفجاری
در حالی که ستارگانی که برای تشکیل ستارگان نوترونی فرو می ریزند، اکنون به طور معمول در کیهان مشاهده می شوند (تحقیقات ابرنواختر ده ها ستاره جدید را هر شب نشان می دهد)، ستاره شناسان هنوز کاملاً مطمئن نیستند که در طی فروپاشی سیاهچاله چه اتفاقی می افتد. برخی از مدل های بدبینانه نشان می دهد که کل ستاره بدون هیچ اثری بلعیده می شود. برخی دیگر پیشنهاد می کنند که فروپاشی به یک سیاهچاله منجر به نوع دیگری از انفجار می شود.
به عنوان مثال، اگر یک ستاره در طول یک فروپاشی بچرخد، برخی از مواد در حال سقوط ممکن است در فواره هایی که با سرعت زیاد از ستاره خارج می شوند متمرکز شوند. اگرچه این جت ها حاوی جرم زیادی نیستند، اما تاثیر زیادی خواهند داشت: اگر با چیزی برخورد کنند، این اثر می تواند از نظر انرژی آزاد شده کاملاً چشمگیر باشد.
تاکنون بهترین کاندید برای انفجار از زمان تولد سیاهچاله پدیده عجیبی بود که به نام پرتوهای گامای دوربرد شناخته می شود. تصور می‌شود که این رویدادها که اولین بار در دهه 1960 توسط ماهواره‌های نظامی کشف شد، نتیجه شتاب جت‌هایی است که از سیاهچاله‌های تازه تشکیل شده در ستارگان در حال فروپاشی به سرعتی شگفت‌انگیز می‌رسند. با این حال، یک مشکل طولانی مدت در مورد این سناریو این است که انفجارهای پرتو گاما نیز بقایای رادیواکتیو فراوانی را ساطع می کنند که ماه ها به درخشش خود ادامه می دهند. این نشان می دهد که بیشتر ستاره به جای فروپاشی به سمت داخل به سمت سیاهچاله، در فضا منفجر شده است (مانند یک ابرنواختر معمولی).
اگرچه این بدان معنا نیست که سیاهچاله نمی تواند در چنین انفجاری شکل بگیرد، برخی به این نتیجه رسیده اند که مدل های دیگر توضیح طبیعی تری برای انفجار پرتو گاما نسبت به تشکیل سیاهچاله ارائه می دهند. به عنوان مثال، یک ستاره نوترونی فوق مغناطیسی می تواند در چنین انفجاری شکل بگیرد و جت های قدرتمند خود را تولید کند.
آیا معما حل شده است؟
با این حال، من و همکارانم اخیرا از یک رویداد نامزد جدید و (از نظر ما) بسیار بهتر برای ایجاد یک سیاهچاله پرده برداری کرده ایم. در دو مورد جداگانه در سه سال گذشته - یک بار در سال 2019 و یک بار در سال 2021 - شاهد یک نوع انفجار بسیار سریع و زودگذر بوده‌ایم که مانند انفجارهای پرتو گاما از مقدار کمی مواد بسیار سریع ناشی می‌شود. که در محیط نزدیک به گاز برخورد می کند.
با کمک طیف سنجی - تکنیکی که نور را به طول موج های مختلف تقسیم می کند - می توانیم ترکیب ستاره ای را که برای هر یک از این رویدادها منفجر شده است، نتیجه گیری کنیم. ما دریافتیم که این طیف بسیار شبیه به ستارگان موسوم به "Wolf-Riet" است - یک نوع بسیار عظیم و بسیار توسعه یافته از ستاره، که به نام دو ستاره شناس، چارلز ولف و ژرژ رایت، که برای اولین بار آنها را کشف کردند، نامگذاری شده است. این هیجان انگیز است که ما حتی موفق شدیم یک انفجار ابرنواختری "عادی" را رد کنیم. به محض اینکه برخورد بین ماده سریع و محیط متوقف شد، منبع عملاً ناپدید شد - به جای اینکه برای مدت طولانی بدرخشد.
این دقیقاً همان چیزی است که شما انتظار دارید اگر در طی فروپاشی هسته خود، ستاره فقط مقدار کمی از مواد را رها کند و بقیه جسم به یک سیاهچاله بزرگ سقوط کند.
اگرچه این تفسیر ترجیحی ما است، اما این تنها امکان نیست. متعارف ترین آن این است که این یک انفجار ابرنواختری ساده بود، اما پوسته عظیمی از غبار در طی این برخورد تشکیل شد و زباله های رادیواکتیو را از دید پنهان کرد. همچنین این احتمال وجود دارد که این انفجار از نوع جدید و ناشناخته بوده باشد که از ستاره ای سرچشمه گرفته باشد که ما با آن آشنایی نداریم.
برای پاسخ به این سؤالات، باید به دنبال این گونه سایت ها باشیم. تا به حال مطالعه این نوع انفجارها به دلیل زودگذر بودن و یافتن آنها دشوار بوده است. برای توصیف این انفجارها مجبور شدیم از چندین رصدخانه پشت سر هم استفاده کنیم: تأسیسات انتقالی Zwicky برای شناسایی آنها، تلسکوپ لیورپول و تلسکوپ نوری اسکاندیناوی برای تأیید ماهیت آنها، و رصدخانه های بزرگ با وضوح بالا (تلسکوپ فضایی، فضای X). تلسکوپ) رصدخانه جمینی و تلسکوپ بسیار بزرگ) برای تجزیه و تحلیل ترکیب آنها.
اگرچه در ابتدا نمی دانستیم دقیقاً چه چیزی را در اولین کشف این رویدادها دیدیم، اما اکنون یک فرضیه روشن داریم: تولد یک سیاهچاله.
داده های بیشتر از چنین رویدادهایی به زودی به ما کمک می کند تا این فرضیه را آزمایش یا جعل کنیم و ارتباطی با انواع دیگر انفجارهای غیرعادی و سریعی که تیم ما و دیگران در حال کشف هستند، ایجاد کنیم. در هر صورت، به نظر می رسد که این در واقع دهه ای است که در آن اسرار سیاهچاله ها را کشف می کنیم.
این مقاله توسط The Conversation با مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.
تمام سوالات و بحث های Expert Voices را دنبال کنید - و بخشی از بحث شوید - در فیس بوک و توییتر. نظرات بیان شده متعلق به نویسنده است و لزوماً منعکس کننده نظرات ناشر نیست.