سیاه‌چاله‌ای که توده‌های گازی را چون گلوله به فضا پرتاب می‌کند

این اجرام ممکن است از مرگ نمایشی ستارگان پرجرم پدید آیند یا به شکل هیولاهای فوق‌العاده عظیم در مرکز کهکشان‌ها کمین کنند. آن‌ها زمان‌فضا را پیرامون خود خمیده و محدودۀ به نام افق رویداد را ایجاد می‌کنند—نقطه‌ای که بازگشتی در آن وجود ندارد. با وجود نامی که به خلا اشاره می‌کند، سیاه‌چاله‌ها کاملاً پر هستند، حاوی ماده‌ای با چگالی باور نکردنی که محیط اطراف خود را به‌شدت تحت تأثیر قرار می‌دهند. آن‌ها با دیسک‌های برافزایشی فوق‌گرم احاطه شده‌اند، جت‌های قدرتمند تابش را تا هزاران سال نوری به فضا پرتاب می‌کنند و همانطور که نسبیت انیشتین پیش‌بینی کرده، خود زمان را نیز دچار اعوجاج می‌کنند.

سیاه‌چاله‌های فوق‌عظیم و کهکشان‌های میزبان‌شان باوجود تفاوت‌های بسیار زیاد در اندازه و جرم، به‌طور همزمان تکامل یافته‌اند. گمان می‌رود بادهای گازی قدرتمندی که با سرعت‌های بسیار بالا از اطراف سیاه‌چاله‌ها خارج می‌شوند، کلید درک این ارتباط باشند. این جریان‌های گازی پرسرعت به نظر می‌رسد رشد سیاه‌چاله (با محدود کردن مقدار ماده‌ای که به داخل آن می‌ریزد) و توسعه کهکشان (با تزریق انرژی به کهکشان که می‌تواند شکل‌گیری ستارگان را متوقف کند) را تنظیم می‌کنند.

یک گروه پژوهشی دریافتند که این بادها به‌صورت یکنواخت نیستند، بلکه به شکل گلوله‌های گازی شلیک‌شونده با سرعت زیاد هستند که حامل مقدار شگفت‌انگیزی از انرژی‌اند. این کشف که دید ما را نسبت به نحوه تکامل کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های مرکزی آن‌ها تغییر می‌دهد، توسط تیمی بین‌المللی به رهبری سازمان فضایی ژاپن (JAXA) انجام شده است. پروفسور کریستین دان از مرکز اخترشناسی فرا کهکشانی یکی از دو دانشمند اروپایی حاضر در این تحقیق بود که بخشی از ماموریت تصویربرداری و طیف‌سنجی پرتو ایکس (XRISM) است و بادهای گازی داغ جریان یافته در کهکشان‌ها را مطالعه می‌کند.

تیم پژوهشی با استفاده از ابزارهای پیشرفته طیف‌سنجی XRISM، بادهایی را مشاهده کرد که از یک سیاه‌چاله فوق‌عظیم با سرعت ۲۰ تا ۳۰ درصد سرعت نور جریان داشتند. XRISM یک ماموریت مشترک بین سازمان هوافضای ژاپن، ناسا و آژانس فضایی اروپا است و برای این کار بسیار مناسب است. آن‌ها دریافتند که به جای یک جریان یکنواخت، این بادها حداقل پنج جزء گازی متمایز با سرعت‌های مختلف دارند—که نشان می‌دهد گازها به صورت انفجارهای متناوب یا از شکاف‌هایی در فضای اطراف پرتاب می‌شوند.

این یافته نظریه‌های پذیرفته شده درباره تکامل همزمان کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها را به چالش می‌کشد، به‌ویژه اینکه این بادها بیش از هزار برابر انرژی بیشتری نسبت به بادهای کهکشانی شناخته شده قبلی حمل می‌کنند. این مشاهده پیشگامانه که تنها با توانایی منحصر به فرد XRISM در حل ساختار پیچیده سرعت این جریان‌های کیهانی ممکن شده است، درک ما را از تأثیر سیاه‌چاله‌ها بر کهکشان‌های میزبان‌شان به‌طور بنیادین تغییر می‌دهد.

سیاه‌چاله‌ها برخلاف تصور رایج فقط اجسام جاذب نیستند، بلکه نقش فعالی در شکل‌گیری و تحول کهکشان‌ها ایفا می‌کنند. این اجرام که حاصل مرگ ستارگان پرجرم یا در مرکز کهکشان‌ها به‌صورت ابرسیاه‌چاله‌ها هستند، محیط اطراف خود را با دیسک‌های برافزایشی بسیار داغ و پرتاب بادهای گازی پرسرعت دگرگون می‌سازند. این بادها می‌توانند با جلوگیری از ورود بیش‌ازحد ماده به سیاه‌چاله، رشد آن را کنترل کرده و همچنین با تأثیر بر گازهای میان‌ستاره‌ای، روند شکل‌گیری ستارگان جدید را در کهکشان متوقف کنند. در نتیجه، سیاه‌چاله و کهکشان میزبان آن به‌طور هم‌زمان و وابسته به یکدیگر تکامل می‌یابند. کشف جدید محققان با استفاده از مأموریت XRISM نشان می‌دهد که این بادها نه‌تنها یکنواخت نیستند بلکه به‌صورت گلوله‌های گازی پرانرژی با سرعتی معادل ۲۰ تا ۳۰ درصد سرعت نور از اطراف سیاه‌چاله پرتاب می‌شوند. این ساختار گلوله‌ای و چندسرعته که تاکنون شناسایی نشده بود، به‌واسطه توان بالای طیف‌سنجی XRISM آشکار شد و به‌شدت نظریه‌های قبلی درباره رفتار سیاه‌چاله‌ها و تأثیر آن‌ها بر کهکشان‌ها را به چالش کشید. همچنین مشخص شد که این بادهای انفجاری هزار برابر بیش از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، انرژی در مقیاس کهکشانی منتقل می‌کنند. این یافته، درک ما را از نقش بنیادی سیاه‌چاله‌ها در شکل‌دهی به ساختار و تحول کیهانی به‌طور چشمگیری دگرگون می‌سازد.