تا به حال در مورد وجود سیاه چاله‌ها در مرکز کهکشان چیزی خوانده‌اید؟ این حقیقت که مرکز کهکشان‌ها در قلمروی حکومت ابر سیاهچاله‌هایی با جرمی معادل چند ده میلیون برابر خورشید ما که هر آن چه در آن حوالی یافت می‌شود را با اشتهای زیاد می‌بلعند. جالب است بدانید که این ابر سیاه چاله ها تنها نیستند. موارد زیادی تا کنون مشاهده شده که در آن ابر سیاه چاله‌ها با به‌صورت دوتایی باهم به بلع همسایگانشان مشغول‌اند. به نظر می‌رسد کهکشان راه شیری ما هم از همین دسته کهکشان‌ها باشد.

سیاه چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری ما حضور دارد حدود 4 میلیون برابر پر رم تر از خورشید ماست. این یعنی آن که ما در مرکز کهکشانمان محلی داریم که جاذبه چنان قدرتمند است که نه نور و هیچ چیز دیگر قادر به فرار از آن نیست. سیاه چاله ما Sgr A* نام‌گذاری شده است. در اطراف این سیاهچاله خوشه‌ای از ستاره‌ها وجود دارد که دائماً این سیاهچاله را تغذیه می‌کنند. اندازه گیری دقیق مدار گردش این ستاره‌هاست که به ما امکان می‌دهد وجود یک سیاهچاله در مرکز کهکشان، جایی که به هیچ عنوان قابل رصد کردن نیست را تشخیص دهیم. به کمک همین شیوه محاسبات، همچنین می‌توان جرم موجود در این فضای تاریک را اندازه گرفت.

اکنون حدود 20 سال است که دانشمندان به‌طور مرتب حرکت ستاره‌های اطراف مرکز کهکشان را رصد می‌کنند. با توجه به مشاهدات، اکنون تخمین زده می‌شود که ابر سیاهچاله مرکز کهکشان ما تنها نیست. به نظر می‌رسد یک سیاه چاله دیگر با جرمی حدود 100 هزار برابر خورشید ما این ابر سیاه چاله را همراهی می‌کند و این دو در کنار یکدیگر ستاره‌های اطراف را به دور خود می‌چرخانند.

اگر این حدسیات درست باشند و سیاه چاله دومی هم وارد معادلات از پیش پیچیده شده حرکت ستاره‌های مرکز کهکشان شود، محاسبات کهکشانی بسیار دشوارتر خواهند شد. رقص پیچیده یک سیستم کهکشانی با میلیاردها ستاره و دو ابر سیاه چاله در مرکز آن. در هم ریختگی حرکت ستاره‌ها به‌خصوص در مرکز کهکشان قابل توجه خواهد بود چرا که هر کدام از ابر سیاه چاله‌ها به شکلی متفاوت ستاره‌های اطراف خود را تحت تأثیر قرار می‌دهند و تغییر شکل مدار گردش آن‌ها را موجب می‌شوند. وضعیت جایی پیچیده‌تر می‌شود که واقعیت حرکت گردشی دو سیاه چاله به دور یکدیگر را هم به معادلات اضافه کنیم. دو ابر سیاه چاله مرکز کهکشان ما نه تنها تأثیرات متفاوت بر محیط اطراف خود دارند، بلکه بر روی یکدیگر هم اثر گذاری دارند که گردش آن‌ها به دور هم را به دنبال دارد.

یعنی ستاره‌های اطراف وارد تعاملات پیچیده باهم و سیاه چاله شده و در حالی که با یک دور گردش، دو سیاه چاله به موقعیت اولیه خود باز می‌گردند، ستاره‌ها دائماً به موقعیت‌های جدید در فضای کهکشان سفر می‌کنند. پیش بینی رفتار ستاره‌ها تنها از طریق درک و پیش بینی کامل تعامل ستاره‌ها با یک زوج ابر سیاه چاله امکان پذیر است. برای این کار دانشمندان تلاش می‌کنند مشاهدات خود را با محاسبات تطبیق داده و حرکت ستاره‌های اطراف را پیش بینی کنند. به این ترتیب درستی فرض وجود یک سیاه چاله دوم در مرکز کهکشان به‌طور قطع مشخص می‌شود.

ابر سیاه چاله ها

سیستم دو ابر سیاه چاله — Illustration of two black holes orbiting each other in a combined accretion disc. Eventually the black holes will merge, an event that will produce gravitational waves. Gravity is the distortion of spacetime by mass, and changes in this distortion tra

ابر سیاه چاله‌ها اخیراً به یکی از موضوعات داغ دنیای فیزیک و نجوم تبدیل شده‌اند. به‌خصوص از زمانی اولین تصویر از یک ابر سیاه چاله در مرکز کهکشان M87 به جهان معرفی شد و درهای جدیدی برای مطالعات در مورد این موجودات مرموز را به روی ما باز کرد.

حال مرکز کهکشان راه شیری که در فاصله تقریبی 24 هزار سال نوری از ما قرار دارد به آزمایشگاهی منحصر به فرد برای بررسی نظریه‌ها و تحقیق فیزیک پایه سیاه چاله‌ها تبدیل شده است. به‌طور مثال نحوه اثر گذاری سیاه چاله بر ستاره‌های اطراف و گردش آن‌ها، به درک چگونگی رفتار این اجرام کمک زیادی می‌کند. همین طور این محاسبات و مشاهدات کمک زیادی به درک چگونگی شکل گیری کهکشان ما کرده است. مثلاً وجود دو ابر سیاه چاله در مرکز کهکشان می‌تواند نشان دهنده ترکیب شدن کهکشان ما با یک کهکشان کوچک‌تر در زمان‌های بسیار دور باشد. این نتیجه‌ای است که از بررسی و مشاهده حرکت ستاره‌های کهکشانی نمی‌توان گرفت.

همچنین بررسی این بررسی‌ها موقعیت فوق‌العاده‌ای برای بررسی نظریه نسبیت انیشتین را مطرح می‌کند. مثلاً در سال 2018، ستاره از پیش مطالعه شده S0-2 که در مرکز کهکشان قرار دارد، از پشت ابر سیاهچاله مذکور بافاصله‌ای حدود 130 برابر فاصله زمین و خورشید عبور کرد. این فرصتی فوق‌العاده برای بررسی تئوری انیشتین بود. طبق نظریه او، طول امواجی که از ستاره منتشر می‌شد باید در گذر از جاذبه قدرتمند ابر سیاه چاله دچار کشیدگی می‌شد. این تغییر در واقعیت مشاهده شد که باعث قرمزتر شدن رنگ ستاره تحت بررسی شد. یعنی نظریه نسبیت به‌درستی و با دقت بالا پدیده‌های فیزیکی متفاوت ناحیه تحت گرانش بسیار قدرتمند اطراف یک سیاه چاله را توصیف کرده است.

حال دانشمندان در انتظار لحظه‌ای هستند که S0-2 برای دومین بار از پشت ابر سیاه چاله‌های مرکزی عبور کند. ولی متأسفانه این اتفاق فقط هر 16 یک بار رخ می‌دهد و تا آن زمان باید راه‌های دیگری برای انجام آزمایش‌های بیشتر برای بررسی درستی تئوری انیشتین پیدا کرد. این بررسی‌ها شامل پیش بینی تغییر مسیر حرکت ستاره‌ها هم می‌شود.

از همه این موارد که بگذریم، مهم‌ترین تفاوتی که وجود دو سیاه چاله به‌جای یک سیاه چاله در مرکز کهکشان ایجاد می‌کند، ایجاد امواج گرانشی است. از سال 2015 که سیستم مشاهده LIGO-virgo تأسیس شد، ما قادر به شناسایی منابع مختلف تولید امواج گرانشی از طرف سیاه چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی بوده‌ایم. وسیله‌ای که به‌واقع درک ما از جهان هستی را به‌کلی دگرگون کرده و ابزاری جدید برای مشاهده پدیده‌های جهان هستی در اختیار ما قرار داده است.

اگر مرکز کهکشان خود ما هم میزبان دو ابر سیاه چاله باشد، قطعاً امواج گرانشی آن در زمین هم قابل دریافت خواهد بود. البته سیاه چاله‌های فرضی مرکز کهکشان ما در صورت وجود، با سرعتی بسیار بالا در حال چرخش هستند. فرکانس امواج گرانشی چندان کم است که متأسفانه LIGO-Virgo قابلیت دریافت آن را ندارند. هر چند امید است که این امواج توسط LISA تشخیص داده شوند. لیزا یک تشخیص دهنده امواج گرانشی است که قرار است در خارج از سیاره زمین تأسیس شود.

منبع: sciencealert