هزاران سياه چاله مخفي در كهكشان راه شيري وجود دارد
مي‌توان گفت كه تقريباً در مركز همه‌ي كهكشان‌ها، يك ابر سياه‌چاله‌ي كلان‌جرم قرار گرفته است كه ميليون‌ها يا شايد ميلياردها برابر خورشيد جرم دارد و حجم عظيمي از مواد اطراف را به سمت خود مي‌كشد. تا به امروز مي‌دانستيم در اطراف اين سياه‌چاله‌ها، ستاره‌هايي نيز ممكن است در گردش باشند؛ اما اكنون مشخص شده كه شايد در اطراف اين سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم، صدها سياه‌چاله‌ي كوچك‌تر نيز در گردش باشند كه حاصل فروپاشي ستاره‌هاي مركزي كهكشان هستند. دانشمندان براي چندين سال است كه سياه‌چاله‌ي مركزي راه شيري يا همان *Sagittarius A (كمان اي*) را رصد مي‌كنند تا شواهدي از وجود سياه‌چاله‌هاي كوچك‌تر در اطراف آن بيابند. جرم اين نقطه‌ي مركزي، ۴ ميليون جرم خورشيدي است و نكته جالب اين است كه اين جرم مركزي، به هيچ عنوان نوري از خود ساطع نمي‌كند و كاملاً تاريك است.
در اطراف سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A ستاره‌هايي قرار گرفته‌اند و برخي از آن‌ها به دور سياه‌چاله در حال گردش هستند. دانشمندان به كمك تصويربرداري فروسرخ و اشعه‌ي ايكس توانسته‌اند تابش الكترومغناطيسي، غبار و گاز را نيز در اطراف اين سياه‌چاله مشاهده كنند؛ اما همچنان شواهدي از وجود سياه‌چاله‌هاي كوچك‌تر در اطراف اين سياه‌چاله‌ي كلان جرم، در دسترس نداشتند. دانشمندان مي‌گويند سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A در ناحيه‌اي واقع شده كه ۶ سال نوري قطر دارد و به احتمال بسيار زياد، بيش از ۱۰ هزار سياه‌چاله در آن‌جا وجود دارد كه متأسفانه تا كنون هيچ‌يك را مشاهده نكرده‌اند. همه‌ي اين‌ها تا زماني بود كه دانشمندان به كمك تصويربرداري‌هاي رايج به دنبال كشف سياه‌چاله‌ها بودند؛ اما به تازگي روشي هوشمندانه ابداع شده است كه به سادگي اين سياه‌چاله‌هاي مخفي را كشف مي‌كند به گونه‌اي كه تنها در سال گذشته ۱۲ عدد از اين سياه‌چاله‌ها شناسايي شده‌اند. اين روش پيش‌بيني مي‌كند كه چنين سياه‌چاله‌هايي در اين ناحيه قرار گرفته‌اند و موقعيت آن‌ها نيز مشخص شده است و حالا دانشمندان بايد سعي كنند شواهدي از آن‌ها بيابند.
ناحيه‌اي مركزي از كهكشان كه سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A نيز در آن واقع شده است، مملو از موادي است كه خارج از ناحيه‌ي مرئي نور فابل مشاهده هستند. در اين ناحيه‌ي مركزي، ستاره‌هاي بسياري قرار دارند كه منابع نوري قدرتمندي به‌شمار مي‌روند؛ اما غباري كه سرتاسر صفحه‌ي راه شيري را در بر گرفته است، بيش از اندازه بوده و مانع از رسيدن بخش قابل توجهي از نور اين ستاره‌ها به ما مي‌شود. ما با مركز كهكشان حدود ۲۵ هزار سال نوري فاصله داريم و در اين مسير نيز غبار بسياري وجود دارد كه همچون پرده‌اي ضخيم، در مقابل نور ستاره‌هاي مركزي قرار گرفته‌اند. ما نمي‌توانيم با اين وضعيت نور مرئي را ببينيم؛ اما طول موج‌هاي بلندتر نور، مانند فروسرخ و راديو مي‌توانند از ميان اين غبار عبور كنند و به ما برسند و ستاره‌ها و گازهاي اين ناحيه را براي ما آشكار كنند. طول موج‌هاي كوتاه‌تر نور و اشعه‌ي ايكس مي‌توانند در مورد رويدادهاي پرانرژي اين ناحيه از كهكشان اطلاعات بسياري را در اختيار ما قرار دهند.
در مركز كهكشان، هزاران سياه‌چاله وجود دارد
وقتي كه دانشمندان ناحيه‌ي اطراف سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A را مطالعه كردند، ستاره‌هاي بسياري كه به دور سياه‌چاله در حال گردش هستند را مشاهده كردند؛ همچنين فوران ماده‌ي سياه‌چاله نيز تا حدودي در تصاوير مشخص بود. با توجه به اين مطالعه‌ها، دانشمندان توانستند حدس بزنند كه فضاي اين ناحيه اكنون چه حالتي دارد. اين ناحيه مملو از ماده بوده، توانايي ساختن ستاره‌هاي جديد را داراست و عناصر سنگين به وفور در آن‌جا يافت مي‌شوند. غبار و گازي كه در اين ناحيه وجود دارند، شرايط بسيار مناسبي را براي شكل‌گيري ستاره‌ها فراهم كرده‌اند و اين فرآيند به طور پيوسته ادامه دارد؛ حداقل بهترين انديشه متخصصينيه‌هاي ما اين را مي‌گويند. تعداد ستاره‌هايي كه در اين ناحيه شكل مي‌گيرند، بسيار زياد است كه جرم‌هاي مختلفي نيز دارند. در اين ناحيه انفجارهاي ابرنواختري، ستاره‌هاي نوتروني و سياه‌چاله‌ها نيز حضور دارند. با توجه به فعاليت شديد اين ناحيه، دانشمندان پيش‌بيني كرده‌اند كه تا شعاع ۳ سال نوري از سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A، چيزي در حدود ۱۰ هزار تا ۲۰ هزار سياه‌چاله وجود دارد كه فعال هستند!
تعداد ستاره‌هايي كه در مدارهاي مشخصي به دور سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A گردش مي‌كنند
اين پيش‌بيني شگفت‌انگيز است؛ اما دانشمندان نمي‌توانند شمار زيادي از آن‌ها را مشاهده كنند. دليل اين موضوع نيز واضح است؛ زيرا آن‌ها از خود تابشي ساطع نمي‌كنند كه ما نسبت به آن حساس شويم. برخي سياه‌چاله‌ها هستند كه روزگاري تنها ستاره‌ي سامانه‌ي خود بوده‌اند و اكنون به حالت منزوي درآمده‌اند. چنين سياه‌چاله‌هايي در حالت خاموش به‌سر مي‌برند و براي ما راهي وجود ندارد كه بتوانيم آن‌ها را به سادگي مشاهده كنيم. از سوي ديگر، دسته‌اي از سياه‌چاله‌ها در سامانه‌هاي دوتايي هستند؛ يعني يك ستاره به دور سياه‌چاله در حال گردش است و روشي وجود دارد كه ما با استفاده از آن، قادر به شناسايي سياه‌چاله هستيم. چنين سياه‌چاله‌هايي از خود موج‌هاي انفجاري بسيار درخشان اشعه‌ي ايكس ساطع مي‌كنند و روي كاغذ، ما با استفاده از تجهيزات زميني و فضايي قادر به تشخيص اين انفجارها هستيم.
چاك هالي، اخترفيزيك‌داني كه روي ممباحثه سياه‌چاله‌ها مشغول پژوهش است، در اين خصوص مي‌گويد:
اين روشي است كه روي كاغذ مي‌توان از آن استفاده كرد؛ اما در عمل اشكالي وجود دارد. همان‌طوري كه مي‌دانيد، مركز كهكشان راه شيري از زمين ۲۵ هزار سال نوري فاصله دارد؛ بنابراين فقط اين موج‌هاي نوري انفجاري هستند كه مي‌توانند چنين فاصله‌اي را طي كرده و به زمين برسند. اگر خيلي خوش شانس باشيم و اين امواج نيز به اندازه‌ي كافي قدرتمند باشند، مي‌توانيم يكي از آن‌ها را هر صد سال يا هزار سال يك‌بار شناسايي كنيم.
از آن‌جايي كه ما هيچ‌وقت خوش شانس نيستيم، بنابراين بايد به دنبال روش جديدي باشيم. چاك هالي به عنوان شخصي كه در اين زمينه استاد است، ايده‌ي جالبي را مطرح كرده و روش مناسبي پيشنهاد داده است. وي بر اين باور است كه دانشمندان به‌جاي اين‌كه به دنبال يك جفت فعال سياه‌چاله-ستاره و تابش‌هاي قدرتمند اشعه‌ي ايكس از آن‌ها باشند، بايد به دنبال تابش‌هاي ضعيف‌تري از اشعه‌ي ايكس باشند. چنين تابش‌هاي ضعيف و پايدار، هنگامي ساطع مي‌شوند كه اين سامانه‌هاي دوتايي در حالت غيرفعال قرار گرفته باشند.
چاك هالي در اين خصوص مي‌گويد:
اگر جفت‌هاي سياهچالهاي نيز همانند جفت‌هاي ستاره‌هاي نوتروني از خود تابش‌هاي بسيار قدرتمندي ساطع مي‌كردند، شناسايي آن‌ها ساده‌تر مي‌شد؛ اما متأسفانه سياه‌چاله‌ها چنين رفتاري ندارند. ما براي شناسايي سياه‌چاله‌ها مجبوريم كه از روش‌هاي ديگري استفاده كنيم. وقتي كه يك سياه‌چاله با يك ستاره‌ي كم‌جرم جفت مي‌شود، فرآيند حاصل از اين جفت شدن از خود امواج نسبتاً ضعيف اشعه‌ي ايكس ساطع مي‌كند كه ثابت بوده و قابل شناسايي هستند.
براي آن‌كه دانشمندان بتوانند چنين چيزي را در مركز كهكشان شناسايي كنند، بايد براي مدت زماني بسيار طولاني، مركز كهكشان را به صورت اشعه‌ي ايكس رصد كنند و متأسفانه هيچ روشي نيز به عنوان جايگزين وجود ندارد؛ اما چاك هالي مي‌گويد كه نيازي به رصد دائمي نيست و هم اكنون مي‌توان از داده‌هاي رصدخانه‌ي اشعه‌ي ايكس چاندرا استفاده كرد تا اين پديده ديده شود. رصدخانه‌ي اشعه‌ي ايكس چاندرا، اكنون ۱۹ سال است كه مركز كهكشان را به صورت اشعه‌ي ايكس رصد مي‌كند و داده‌هاي ارزشمندي را جمع‌آوري كرده است. با نگاه كردن به آرشيو داده‌هاي اين رصدخانه، چاك هالي و گروهش توانستند كشف خارق‌العاده‌اي انجام دهند.
حسگرهاي تصويربردار رصدخانه‌ي چاندرا، طي ۱۹ سال گذشته توانسته بودند نشانه‌هاي تابش اشعه‌ي ايكس جفت‌هاي سياه‌چاله-ستاره را كه ۱۲ بار ظاهر شده بود، در خود ثبت كنند. ما تا به امروز توانسته‌ايم ۶۰ سياه‌چاله را در سرتاسر كهكشان راه شيري شناسايي كنيم و حالا چاك هالي توانسته به يك‌باره ۱۲ سياه‌چاله‌ي جديد را شناسايي كند كه رقم بزرگي به‌شمار مي‌رود و نشان مي‌دهد كه تعداد سياه‌چاله‌ها بسيار بيشتر از آن چيزي است كه دانشمندان گمان مي‌كرده‌اند. اين ۱۲ سياه‌چاله‌ي جديد، در شعاع ۳ سال نوري از سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A شناسايي شده‌اند و كشف آن‌ها باعث شده دانشمندان يك كشف بزرگ ديگر نيز انجام دهند و تعداد سياه‌چاله‌هايي كه در اين ناحيه هستند را تخمين بزنند. با توجه به آخرين اطلاعات دقيقي كه از داده‌هاي رصدخانه‌ي چاندرا به‌دست آمده‌اند، بايد گفت كه چيزي بين ۳۰۰ تا ۵۰۰ جفت سياهچالهاي و چيزي در حدود ۱۰ هزار سياه‌چاله‌ي منزوي در شعاع ۳ سال نوري از سياه‌چاله‌ي *Sagittarius A وجود دارند.
LISA مي‌تواند امواج گرانشي طولاني مدت را ثبت كند
اين يك كشف خارق‌العاده بوده و چيزي است كه ما فقط در مركز كهكشان خود محاسبه كرده‌ايم. اكنون ما مي‌دانيم كه حدود ۱۰ هزار سياه‌چاله در نزديكي سياه‌چاله‌ي كلان‌جرم *Sagittarius A قرار دارند و همين موضوع نشان مي‌دهد كه در مركز كهكشان راه شيري چه اتفاقي در حال رخ دادن است. دانشمندان مي‌گويند كه هزاران سياه‌چاله، در مدار يا مدارهايي، به دور سياه‌چاله‌ي مركزي هر كهكشاني در حال گردش هستند و اين چيزي است كه ما تا كنون نمي‌دانستيم. بين سال‌هاي ۲۰۳۰ تا ۲۰۴۰ ميلادي، آژانس فضايي اروپا آنتن فضايي تداخل‌سنج ليزري (LISA) را به فضا پرتاب مي‌كند كه مي‌تواند به شكلي بسيار دقيق و حساس، امواج گرانشي را شناسايي كند. برخلاف LIGO كه تنها مي‌تواند امواج گرانشي حاصل از ادغام‌هاي كوتاه مدت سياه‌چاله‌ها را ثبت كند؛ LISA قادر است كه چنين كاري را براي ادغام‌هاي طولاني مدت و ادغام سياه‌چاله‌هاي معمولي با سياه‌چاله‌هاي كلان جرم انجام دهد.
اين مطالعه از اهميت بسيار بالايي برخوردار است؛ زيرا نخستين شواهد از آن‌چه كه بايد LISA به دنبال آن‌ها باشد را به ما نشان مي‌دهد. برخلاف LIGO كه به صورت تصادفي امواج گرانشي حاصل از ادغام سياه‌چاله‌ها را شناسايي مي‌كند، LISA به كمك اين پژوهش مي‌تواند دقيقاً روي نقطه‌اي خاص از آسمان متمركز شود و ماه‌ها يا حتي سال‌ها صبر كند تا اين‌كه بالاخره سياه‌چاله‌هايي كه در آن نقطه هستند با يكديگر ادغام شوند و امواج گرانشي را ايجاد كنند. اين پژوهش، براي نخستين‌بار انديشه متخصصينيه‌اي كه ادعا مي‌كرد ده‌ها هزار سياه‌چاله به‌دور سياه‌چاله‌هاي كلان‌جرم در گردش هستند را اثبات مي‌كند و به ما نشان مي‌دهد كه چه تعداد رويداد موج گرانشي در آينده رخ مي‌دهند و ما بايد چه زماني منتظر دريافت آن‌ها باشيم. تمام آن‌چه كه ما بايد در مورد امواج گرانشي ياد بگيريم، در مركز كهكشان‌ها نهفته است. براي نخستين‌بار، ما مي‌دانيم كه سياه‌چاله‌ها پديده‌هاي كيهاني نادري نيستند؛ بلكه ده‌ها هزار عدد از آن‌ها در مركز كهكشان‌ها وجود دارد و مي‌دانيم كه ميلياردها كهكشان نيز در جهان وجود دارند.
هم انديشي ها