اما چنین اجرامی چگونه پنهان میشوند؟ آنها توسط ستونهای ضخیمی از گاز و غبار از دید ما پوشانده شدهاند.
با این حال، اخترشناسان راهی برای پیدا کردن آنها در پیش گرفتهاند: جستجو برای «دوناتهایی» که در نور فروسرخ میدرخشند.
تقریباً قطعی به نظر میرسد که کهکشانهای بزرگ مانند کهکشان راه شیری ما در مرکز خود میزبان سیاهچالههای بسیار پرجرم (SMBH) هستند. این سیاهچالهها از طریق ادغام با سیاهچالههای دیگر و بلعیدن ماده رشد میکنند. وقتی فعالانه ماده را جذب میکنند، به آنها «هستههای کهکشانی فعال» (AGN) گفته میشود که آنقدر درخشان میشوند که میتوانند از تمامی ستارگان کهکشان خود روشنتر باشند. درخشانترین AGNها «کوازار» نامیده میشوند.
سیاهچالههای بسیار پرجرم، مانند تمام سیاهچالهها، خودشان نوری ساطع نمیکنند. نور مشاهدهشده از توروسی (حلقهای از گاز و غبار چرخان) ناشی میشود که به صورت دیسک تجمعی در اطراف سیاهچاله تشکیل شده است. گاز و غبار در این دیسک به شدت گرم شده و پرتوهای الکترومغناطیسی تابش میکنند. تاکنون، دانشمندان تنها موفق به تصویربرداری از دو SMBH شدهاند، آن هم با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (EHT). (البته EHT مستقیماً سیاهچاله را «نمیبیند»؛ بلکه نور ناشی از دیسک تجمعی و سایهای که سیاهچاله بر روی دیسک میاندازد، مشاهده میشود.)
حتی بدون دیدن آنها، اخترشناسان تقریباً مطمئن هستند که اکثر کهکشانهای بزرگ یک SMBH در مرکز خود دارند. چطور؟ ستارگان در نزدیکی مرکز کهکشانها حرکاتی غیرمعمول دارند، گویی تحت تأثیر یک جرم بسیار بزرگ هستند. تابش شدید ناشی از AGN نیز شواهد قوی از وجود SMBH است. مدلهای تشکیل و تکامل کهکشانها و عدسی گرانشی نیز شواهد بیشتری ارائه میدهند.
با این حال، اخترشناسان هنوز به دنبال پیدا کردن تعداد بیشتری از این سیاهچالهها هستند تا مدلهای خود را تأیید یا بر اساس مشاهدات اصلاح کنند. مشکل این است که بسیاری از آنها توسط گاز و غبار از دید پنهان شدهاند. اگر این گاز و غبار به اندازه کافی ضخیم و متراکم باشد، حتی نور ایکس با انرژی پایین نیز مسدود میشود.
اینکه آیا ما میتوانیم مرکز یک کهکشان را ببینیم یا نه، به زاویه دید ما بستگی دارد. اگر از «کنار» نگاه کنیم، توروس آن را مسدود میکند، اما از «بالا» یا «پایین» چنین نیست. اخترشناسان میخواهند بدانند چند سیاهچاله بسیار پرجرم در جهان وجود دارد، اما واضح است که امکان یافتن و شمارش همه آنها وجود ندارد. هدف آنها تعیین نسبت بین SMBHهای پنهان و آشکار است. برای این کار، به نمونههای کافی برای تعمیم نیاز دارند.
یک مطالعه جدید با استفاده از دادههای چندین تلسکوپ ناسا درک ما از SMBHها را پیش برده است. این مطالعه و نتایج آن در مقالهای با عنوان «بررسی توزیع ستون چگالی هستههای کهکشانی فعال با NuSTAR (NuLANDS). بخش اول: به سوی یک توزیع واقعی در جهان محلی» در مجله Astrophysical Journal منتشر شده است. نویسنده اصلی این مقاله «پیتر جی. بورمن»، اخترفیزیکدان مرکز اخترفیزیک کاهیل در موسسه فناوری کالیفرنیا است.
بررسی NuLANDS به دنبال گاز و غبار ضخیمی است که AGNها را مخفی میکند. تلاشهای قبلی برای شناسایی AGN به پرتوهای ایکس سخت، با انرژی بالاتر از ۱۰ کیلوالکترونولت، متکی بود. این پرتوها از دیسکهای تجمعی گرمشده ساطع میشوند. اما اگر ستون چگالی گاز زیاد باشد، حتی پرتوهای ایکس سخت نیز نمیتوانند عبور کنند.
گاز و غبار ضخیمی که پرتوهای ایکس سخت را جذب میکنند، آنها را به صورت نور فروسرخ با انرژی پایینتر بازتاب میدهند و توروسی درخشان از گاز و غبار ایجاد میکنند. اینجاست که ماهواره IRAS وارد عمل میشود.
ماهواره IRAS که در دی ۱۳۶۱ به فضا پرتاب شد و به مدت ۱۰ ماه کار کرد، کل آسمان را در نور فروسرخ بررسی کرد و تابشهای ناشی از توروسهای اطراف SMBHها را شناسایی کرد. اما IRAS نمیتوانست منابع فروسرخ را تفکیک کند. در این پژوهش جدید، محققان از تلسکوپهای زمینی برای تشخیص تفاوت میان AGNها و کهکشانهای دارای تشکیل ستاره سریع استفاده کردند.
اعتبار تصویر: ناسا/JPL-Caltech.
با استفاده از دادههای NuSTAR و IRAS، آنها دریافتند که ۳۵% ± ۹% از کهکشانها دارای گاز و غبار کامپتون ضخیم هستند. به این معنا که حدود یکسوم SMBHهای جهان پنهان شدهاند. نتایج این مطالعه از فرضیههای موجود در مورد SMBHها و نقش آنها در تکامل کهکشانها حمایت میکند.
به گفته پژوهشگران، «اگر سیاهچالههای بسیار پرجرم وجود نداشتند، کهکشانها بسیار بزرگتر میبودند.» زیرا این سیاهچالهها هم مادهای که میتوانست ستاره ایجاد کند را میبلعند و هم در مواردی ماده اضافی را بیرون میافکنند، که ابرهای گاز تشکیلدهنده ستارگان را پراکنده میکند. این فرآیند موجب کاهش نرخ تشکیل ستاره در کهکشان میشود.
