هزاران سیاه چاله مخفی در کهکشان راه شیری وجود دارد

می‌توان گفت که تقریباً در مرکز همه‌ی کهکشان‌ها، یک ابر سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم قرار گرفته است که میلیون‌ها یا شاید میلیاردها برابر خورشید جرم دارد و حجم عظیمی از مواد اطراف را به سمت خود می‌کشد. تا به امروز می‌دانستیم در اطراف این سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌هایی نیز ممکن است در گردش باشند؛ اما اکنون مشخص شده که شاید در اطراف این سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم، صدها سیاه‌چاله‌ی کوچک‌تر نیز در گردش باشند که حاصل فروپاشی ستاره‌های مرکزی کهکشان هستند. دانشمندان برای چندین سال است که سیاه‌چاله‌ی مرکزی راه شیری یا همان *Sagittarius A (کمان ای*) را رصد می‌کنند تا شواهدی از وجود سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در اطراف آن بیابند. جرم این نقطه‌ی مرکزی، ۴ میلیون جرم خورشیدی است و نکته جالب این است که این جرم مرکزی، به هیچ عنوان نوری از خود ساطع نمی‌کند و کاملاً تاریک است.

در اطراف سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A ستاره‌هایی قرار گرفته‌اند و برخی از آن‌ها به دور سیاه‌چاله در حال گردش هستند. دانشمندان به کمک تصویربرداری فروسرخ و اشعه‌ی ایکس توانسته‌اند تابش الکترومغناطیسی، غبار و گاز را نیز در اطراف این سیاه‌چاله مشاهده کنند؛ اما همچنان شواهدی از وجود سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر در اطراف این سیاه‌چاله‌ی کلان جرم، در دسترس نداشتند. دانشمندان می‌گویند سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A در ناحیه‌ای واقع شده که ۶ سال نوری قطر دارد و به احتمال بسیار زیاد، بیش از ۱۰ هزار سیاه‌چاله در آن‌جا وجود دارد که متأسفانه تا کنون هیچ‌یک را مشاهده نکرده‌اند. همه‌ی این‌ها تا زمانی بود که دانشمندان به کمک تصویربرداری‌های رایج به دنبال کشف سیاه‌چاله‌ها بودند؛ اما به تازگی روشی هوشمندانه ابداع شده است که به سادگی این سیاه‌چاله‌های مخفی را کشف می‌کند به گونه‌ای که تنها در سال گذشته ۱۲ عدد از این سیاه‌چاله‌ها شناسایی شده‌اند. این روش پیش‌بینی می‌کند که چنین سیاه‌چاله‌هایی در این ناحیه قرار گرفته‌اند و موقعیت آن‌ها نیز مشخص شده است و حالا دانشمندان باید سعی کنند شواهدی از آن‌ها بیابند.

ناحیه‌ای مرکزی از کهکشان که سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A نیز در آن واقع شده است، مملو از موادی است که خارج از ناحیه‌ی مرئی نور فابل مشاهده هستند. در این ناحیه‌ی مرکزی، ستاره‌های بسیاری قرار دارند که منابع نوری قدرتمندی به‌شمار می‌روند؛ اما غباری که سرتاسر صفحه‌ی راه شیری را در بر گرفته است، بیش از اندازه بوده و مانع از رسیدن بخش قابل توجهی از نور این ستاره‌ها به ما می‌شود. ما با مرکز کهکشان حدود ۲۵ هزار سال نوری فاصله داریم و در این مسیر نیز غبار بسیاری وجود دارد که همچون پرده‌ای ضخیم، در مقابل نور ستاره‌های مرکزی قرار گرفته‌اند. ما نمی‌توانیم با این وضعیت نور مرئی را ببینیم؛ اما طول موج‌های بلندتر نور، مانند فروسرخ و رادیو می‌توانند از میان این غبار عبور کنند و به ما برسند و ستاره‌ها و گازهای این ناحیه را برای ما آشکار کنند. طول موج‌های کوتاه‌تر نور و اشعه‌ی ایکس می‌توانند در مورد رویدادهای پرانرژی این ناحیه از کهکشان اطلاعات بسیاری را در اختیار ما قرار دهند.

وقتی که دانشمندان ناحیه‌ی اطراف سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A را بررسی کردند، ستاره‌های بسیاری که به دور سیاه‌چاله در حال گردش هستند را مشاهده کردند؛ همچنین فوران ماده‌ی سیاه‌چاله نیز تا حدودی در تصاویر مشخص بود. با توجه به این بررسی‌ها، دانشمندان توانستند حدس بزنند که فضای این ناحیه اکنون چه حالتی دارد. این ناحیه مملو از ماده بوده، توانایی ساختن ستاره‌های جدید را داراست و عناصر سنگین به وفور در آن‌جا یافت می‌شوند. غبار و گازی که در این ناحیه وجود دارند، شرایط بسیار مناسبی را برای شکل‌گیری ستاره‌ها فراهم کرده‌اند و این فرآیند به طور پیوسته ادامه دارد؛ حداقل بهترین نظریه‌های ما این‌ را می‌گویند. تعداد ستاره‌هایی که در این ناحیه شکل می‌گیرند، بسیار زیاد است که جرم‌های مختلفی نیز دارند. در این ناحیه انفجارهای ابرنواختری، ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها نیز حضور دارند. با توجه به فعالیت شدید این ناحیه، دانشمندان پیش‌بینی کرده‌اند که تا شعاع ۳ سال نوری از سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A، چیزی در حدود ۱۰ هزار تا ۲۰ هزار سیاه‌چاله وجود دارد که فعال هستند!

این پیش‌بینی شگفت‌انگیز است؛ اما دانشمندان نمی‌توانند شمار زیادی از آن‌ها را مشاهده کنند. دلیل این موضوع نیز واضح است؛ زیرا آن‌ها از خود تابشی ساطع نمی‌کنند که ما نسبت به آن حساس شویم. برخی سیاه‌چاله‌ها هستند که روزگاری تنها ستاره‌ی سامانه‌ی خود بوده‌اند و اکنون به حالت منزوی درآمده‌اند. چنین سیاه‌چاله‌هایی در حالت خاموش به‌سر می‌برند و برای ما راهی وجود ندارد که بتوانیم آن‌ها را به سادگی مشاهده کنیم. از سوی دیگر، دسته‌ای از سیاه‌چاله‌ها در سامانه‌های دوتایی هستند؛ یعنی یک ستاره به دور سیاه‌چاله در حال گردش است و روشی وجود دارد که ما با استفاده از آن، قادر به شناسایی سیاه‌چاله هستیم. چنین سیاه‌چاله‌هایی از خود موج‌های انفجاری بسیار درخشان اشعه‌ی ایکس ساطع می‌کنند و روی کاغذ، ما با استفاده از تجهیزات زمینی و فضایی قادر به تشخیص این انفجارها هستیم.

چاک هالی، اخترفیزیک‌دانی که روی مبحث سیاه‌چاله‌ها مشغول پژوهش است، در این خصوص می‌گوید: این روشی است که روی کاغذ می‌توان از آن استفاده کرد؛ اما در عمل مشکلی وجود دارد. همان‌طوری که می‌دانید، مرکز کهکشان راه شیری از زمین ۲۵ هزار سال نوری فاصله دارد؛ بنابراین فقط این موج‌های نوری انفجاری هستند که می‌توانند چنین فاصله‌ای را طی کرده و به زمین برسند. اگر خیلی خوش‌ شانس باشیم و این امواج نیز به اندازه‌ی کافی قدرتمند باشند، می‌توانیم یکی از آن‌ها را هر صد سال یا هزار سال یک‌بار شناسایی کنیم.

از آن‌جایی که ما هیچ‌وقت خوش شانس نیستیم، بنابراین باید به دنبال روش جدیدی باشیم. چاک هالی به عنوان شخصی که در این زمینه استاد است، ایده‌ی جالبی را مطرح کرده و روش مناسبی پیشنهاد داده است. وی بر این باور است که دانشمندان به‌جای این‌که به دنبال یک جفت فعال سیاه‌چاله-ستاره و تابش‌های قدرتمند اشعه‌ی ایکس از آن‌ها باشند، باید به دنبال تابش‌های ضعیف‌تری از اشعه‌ی ایکس باشند. چنین تابش‌های ضعیف و پایدار، هنگامی ساطع می‌شوند که این سامانه‌های دوتایی در حالت غیرفعال قرار گرفته باشند.

چاک هالی در این خصوص می‌گوید: اگر جفت‌های سیاه‌چاله‌‌ای نیز همانند جفت‌های ستاره‌های نوترونی از خود تابش‌های بسیار قدرتمندی ساطع‌ می‌کردند، شناسایی آن‌ها ساده‌تر می‌شد؛ اما متأسفانه سیاه‌چاله‌ها چنین رفتاری ندارند. ما برای شناسایی سیاه‌چاله‌ها مجبوریم که از روش‌های دیگری استفاده کنیم. وقتی که یک سیاه‌چاله با یک ستاره‌ی کم‌جرم جفت می‌شود، فرآیند حاصل از این جفت شدن از خود امواج نسبتاً ضعیف اشعه‌ی ایکس ساطع می‌کند که ثابت بوده و قابل شناسایی هستند.

برای آن‌که دانشمندان بتوانند چنین چیزی را در مرکز کهکشان شناسایی کنند، باید برای مدت زمانی بسیار طولانی، مرکز کهکشان را به صورت اشعه‌ی ایکس رصد کنند و متأسفانه هیچ روشی نیز به عنوان جایگزین وجود ندارد؛ اما چاک هالی می‌گوید که نیازی به رصد دائمی نیست و هم اکنون می‌توان از داده‌های رصدخانه‌ی اشعه‌ی ایکس چاندرا استفاده کرد تا این پدیده دیده شود. رصدخانه‌ی اشعه‌ی ایکس چاندرا، اکنون ۱۹ سال است که مرکز کهکشان را به صورت اشعه‌ی ایکس رصد می‌کند و داده‌های ارزشمندی را جمع‌آوری کرده است. با نگاه کردن به آرشیو داده‌های این رصدخانه، چاک هالی و گروهش توانستند کشف خارق‌العاده‌ای انجام دهند.

حسگرهای تصویربردار رصدخانه‌ی چاندرا، طی ۱۹ سال گذشته توانسته بودند نشانه‌های تابش اشعه‌ی ایکس جفت‌های سیاه‌چاله-ستاره را که ۱۲ بار ظاهر شده بود، در خود ثبت کنند. ما تا به امروز توانسته‌ایم ۶۰ سیاه‌چاله را در سرتاسر کهکشان راه شیری شناسایی کنیم و حالا چاک هالی توانسته به یک‌باره ۱۲ سیاه‌چاله‌ی جدید را شناسایی کند که رقم بزرگی به‌شمار می‌رود و نشان می‌دهد که تعداد سیاه‌چاله‌ها بسیار بیشتر از آن چیزی است که دانشمندان گمان می‌کرده‌اند. این ۱۲ سیاه‌چاله‌ی جدید، در شعاع ۳ سال نوری از سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A شناسایی شده‌اند و کشف آن‌ها باعث شده دانشمندان یک کشف بزرگ دیگر نیز انجام دهند و تعداد سیاه‌چاله‌هایی که در این ناحیه هستند را تخمین بزنند. با توجه به آخرین اطلاعات دقیقی که از داده‌های رصدخانه‌ی چاندرا به‌دست آمده‌اند، باید گفت که چیزی بین ۳۰۰ تا ۵۰۰ جفت سیاه‌چاله‌ای و چیزی در حدود ۱۰ هزار سیاه‌چاله‌ی منزوی در شعاع ۳ سال نوری از سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A وجود دارند.

این یک کشف خارق‌العاده بوده و چیزی است که ما فقط در مرکز کهکشان خود محاسبه کرده‌ایم. اکنون ما می‌دانیم که حدود ۱۰ هزار سیاه‌چاله در نزدیکی سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم *Sagittarius A قرار دارند و همین موضوع نشان می‌دهد که در مرکز کهکشان راه شیری چه اتفاقی در حال رخ دادن است. دانشمندان می‌گویند که هزاران سیاه‌چاله، در مدار یا مدارهایی، به دور سیاه‌چاله‌ی مرکزی هر کهکشانی در حال گردش هستند و این چیزی است که ما تا کنون نمی‌دانستیم. بین سال‌های ۲۰۳۰ تا ۲۰۴۰ میلادی، آژانس فضایی اروپا آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری (LISA) را به فضا پرتاب می‌کند که می‌تواند به شکلی بسیار دقیق و حساس، امواج گرانشی را شناسایی کند. برخلاف LIGO که تنها می‌تواند امواج گرانشی حاصل از ادغام‌های کوتاه مدت سیاه‌چاله‌ها را ثبت کند؛ LISA قادر است که چنین کاری را برای ادغام‌های طولانی مدت و ادغام سیاه‌چاله‌های معمولی با سیاه‌چاله‌های کلان جرم انجام دهد.

تعداد ستاره‌هایی که در مدارهای مشخصی به دور سیاه‌چاله‌ی *Sagittarius A گردش می‌کنند

این مطالعه از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است؛ زیرا نخستین شواهد از آن‌چه که باید LISA ‌به دنبال آن‌ها باشد را به ما نشان می‌دهد. برخلاف LIGO‌ که به صورت تصادفی امواج گرانشی حاصل از ادغام سیاه‌چاله‌ها را شناسایی می‌کند، LISA به کمک این پژوهش می‌تواند دقیقاً روی نقطه‌ای خاص از آسمان متمرکز شود و ماه‌ها یا حتی سال‌ها صبر کند تا این‌که بالاخره سیاه‌چاله‌هایی که در آن نقطه‌ هستند با یکدیگر ادغام شوند و امواج گرانشی را ایجاد کنند. این پژوهش، برای نخستین‌بار نظریه‌ای که ادعا می‌کرد ده‌ها هزار سیاه‌چاله به‌دور سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در گردش هستند را اثبات می‌کند و به ما نشان می‌دهد که چه تعداد رویداد موج گرانشی در آینده رخ می‌دهند و ما باید چه زمانی منتظر دریافت آن‌ها باشیم. تمام آن‌چه که ما باید در مورد امواج گرانشی یاد بگیریم، در مرکز کهکشان‌ها نهفته است. برای نخستین‌بار، ما می‌دانیم که سیاه‌چاله‌ها پدیده‌های کیهانی نادری نیستند؛ بلکه ده‌ها هزار عدد از آن‌ها در مرکز کهکشان‌ها وجود دارد و می‌دانیم که میلیاردها کهکشان نیز در جهان وجود دارند.