وقتی سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر با طعمه‌هایشان بازی می‌کنند

زمانی که یک ستاره بیش از حد به یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم (SMBH) نزدیک می‌شود، سرنوشت آن ستاره رقم خورده است. گرانش نیرومند سیاه‌چاله چنان قدرتمند است که ستاره را به درون خود می‌کشد، آن را می‌کِشد و در نهایت می‌بلعد. این پدیده‌ها را رویدادهای اختلال کشندی یا TDE می‌نامند. TDEها اگرچه نادرند، اما نور درخشانی که از خود ساطع می‌کنند، توجه اخترشناسان را جلب می‌کند.

اکنون، گروهی از پژوهشگران موفق شده‌اند دومین فوران نوری حاصل از یک رویداد اختلال کشندی را شناسایی کنند؛ فورانی که حدود دو سال پس از نخستین انفجار رخ داده است. آنان می‌گویند این نخستین مورد تأییدشده است که نشان می‌دهد یک ستاره ابتدا بخشی از جرم خود را به یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم واگذار کرده، سپس پس از چند سال دوباره به آن نزدیک شده، جرم بیشتری از دست داده و بار دیگر فوران کرده است. این رویداد با نام 2022dbl شناخته می‌شود.

یافته‌ها در مقاله‌ای با عنوان
«رویداد دوگانه‌ی اختلال کشندی AT 2022dbl نشان می‌دهد که برخی از رویدادهای نوری استاندارد اختلال کشندی در واقع اختلال‌های جزئی هستند»
در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است. نویسنده‌ی اصلی این مقاله، دکتر لیدیا مکریجیانی از دانشگاه لنکستر بریتانیا است.

رویدادهای اختلال کشندی (TDE) فرصت‌هایی نادر ولی ارزشمند برای اخترفیزیک‌دانان فراهم می‌کنند تا اطلاعات بیشتری درباره‌ی سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم به‌دست آورند. گاهی این پدیده‌ها وجود سیاه‌چاله‌هایی را نشان می‌دهند که در غیر این صورت قابل شناسایی نیستند. این سیاه‌چاله‌های عظیم در مرکز کهکشان‌هایی همچون کهکشان راه‌شیری جای گرفته‌اند و گرانش شدیدشان بر محیط اطراف حکم‌فرماست. وجود SMBH در کهکشان ما نیز از طریق بررسی مدار ستارگان اطراف آن کشف شد.

اکنون دانشمندان می‌دانند که ستارگانی که بیش از حد به مرکز کهکشان و در نتیجه به SMBH نزدیک می‌شوند، ممکن است در جریان TDE نابود شوند. در طول یک TDE، ستاره دچار فرایند «ماکارونی‌شدن» (Spaghettification) می‌شود؛ یعنی آن‌قدر کشیده می‌شود که به رشته‌هایی از ماده‌ی ستاره‌ای تبدیل می‌گردد که ممکن است در مدارهایی پیرامون سیاه‌چاله به گردش درآیند. بخشی از این ماده به دیسک برافزایشی SMBH جذب می‌شود و طی ماه‌ها با درخششی شدید نور می‌تاباند. نور حاصل از TDE می‌تواند از تمام طول‌موج‌های طیف الکترومغناطیسی — از امواج رادیویی تا پرتو ایکس — تابش داشته باشد و حتی از کهکشان میزبان خود هم درخشان‌تر به نظر برسد.

با این حال، برخی از این رویدادها رفتاری متفاوت از انتظار نشان می‌دهند.

TDEها به‌طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند: رویدادهای پرتو ایکس و رویدادهای نوری.
رویدادهای پرتو ایکس نخستین نوعی بودند که کشف شدند و رفتاری قابل پیش‌بینی دارند؛ منحنی‌های نوری آن‌ها با قانون توانی تطابق دارد و دما و درخشندگی‌شان با فرآیند برافزایش مستقیم ماده به SMBH سازگار است.

اما TDEهای نوری که در بررسی‌های خودکار جست‌وجوی پدیده‌های گذرا شناسایی شده‌اند، یا پرتو ایکس بسیار کمی دارند یا اصلاً ندارند، در حالی که در نور مرئی و فرابنفش درخشنده‌اند. این مسئله باعث سردرگمی پژوهشگران شده، چون انتظار می‌رود TDEها آن‌قدر داغ باشند که پرتو ایکس تولید کنند.

پژوهشگران معتقدند رویداد AT 2022dbl می‌تواند کلید درک بهتر این رویدادهای عجیب باشد. اگر SMBH به‌جای بلعیدن کامل یک ستاره، تنها بخشی از آن را در هر برخورد جذب کند (یعنی «لقمه‌لقمه» بخورد!)، می‌توان توجیه کرد که چرا برخی TDEها کم‌نورتر از حد انتظار هستند.

به گفته‌ی نویسندگان مقاله، ویژگی‌های AT 2022dbl نشان می‌دهد که یک TDE در محدوده‌ی نوری-فرابنفش است. تنها تفاوت چشمگیر آن با دیگر TDEها این است که دو بار فوران کرده، با فاصله‌ی زمانی حدود ۷۰۰ روز. آنان توضیح می‌دهند:
«نشان دادیم که فوران دوم منحنی نوری بسیار مشابهی دارد (هرچند ضعیف‌تر است و کاهش درخشندگی در ناحیه‌ی فرابنفش کندتر است) و طیف آن نیز تقریباً با فوران اول یکسان است.»

برخی توضیحات جایگزین برای این فوران دوگانه مطرح شده‌اند، اما نویسندگان آن‌ها را رد کرده‌اند. مثلاً امکان اینکه این پدیده ناشی از عدسی گرانشی باشد رد شده، چون نورهای ساطع‌شده تفاوت‌های کوچکی با یکدیگر دارند. همچنین احتمال اینکه دو رویداد جداگانه از دو ستاره‌ی مختلف باشند نیز رد شده است.
«ما مدل‌های تحلیلی و عددی ارائه دادیم که نشان می‌دهند هر دو فوران ناشی از اختلال یک ستاره‌ توسط یک SMBH بوده‌اند و دست‌کم فوران اول ناشی از اختلال جزئی ستاره بوده است.»

پروفسور آراکاوی از دانشگاه تل‌آویو می‌گوید:
«اکنون این پرسش مطرح است که آیا در اوایل سال ۱۴۰۵ شاهد فوران سومی خواهیم بود یا نه؟ اگر چنین شود، نشان می‌دهد که فوران دوم نیز یک اختلال جزئی بوده است. در این صورت، شاید همه‌ی این فوران‌هایی که ما سال‌ها تصور می‌کردیم اختلال کامل ستاره‌ها هستند، در واقع این‌طور نبوده‌اند.»

از نظر نظری، TDEهای دوگانه احتمالاً در اثر ستارگانی رخ می‌دهند که در مدارهایی بیضوی و بسیار کشیده به دور SMBH حرکت می‌کنند. در این حالت، ستاره در هر عبور نزدیک، بخشی از جرم خود را از دست می‌دهد، اما بخش عمده‌ی آن همچنان در مدار باقی می‌ماند. به این پدیده‌ها اختلال کشندی جزئی تکرارشونده گفته می‌شود.

«ستارگانی که در مدارهای بسته به SMBH نزدیک می‌شوند، ممکن است طی چند عبور نزدیک، فوران‌های دوره‌ای ایجاد کنند که به آن‌ها رویدادهای اختلال کشندی جزئی تکرارشونده می‌گویند.»

اگر فوران سومی مشاهده نشود، بدان معناست که هر دو فوران اول و دوم اختلال‌های جزئی بوده‌اند. از آنجا که منحنی‌های نوری این دو رویداد بسیار شبیه به‌هم هستند، و نخستین فوران به‌نظر می‌رسید یک اختلال کامل باشد، این نتیجه‌گیری تقویت می‌شود که اختلال‌های جزئی می‌توانند ظاهری مشابه اختلال کامل داشته باشند — همان‌طور که برخی نظریه‌ها پیش‌بینی کرده‌اند.

پروفسور آراکاوی می‌افزاید:
«در هر صورت، باید برداشت خود را از این فوران‌ها بازنگری کنیم و ببینیم آن‌ها چه چیزهایی درباره‌ی هیولاهای پنهان در مرکز کهکشان‌ها به ما می‌آموزند.»

آیا زاویه‌ی دید، کلید معماست؟

البته، یک توضیح احتمالی دیگر هم برای تفاوت میان TDEهای نوری و پرتو ایکس وجود دارد: این تفاوت شاید صرفاً ناشی از زاویه‌ی دید ما نسبت به دیسک برافزایشی باشد. مقاله‌ای در سال ۲۰۱۸ توضیح داد که در TDEهای نوری، ممکن است پرتو ایکس واقعاً تولید شود، اما این پرتوها توسط دیسک آشفته‌ی اطراف جذب و در سطوح انرژی پایین‌تر بازتاب داده می‌شوند.

TDEهای نوری بیشتر در سامانه‌هایی مشاهده می‌شوند که از لبه (edge-on) به آن‌ها نگاه می‌کنیم؛ در این حالت، بیشتر پرتوهای ایکس توسط دیسک بیرونی بازپراکنش می‌یابند. در مقابل، TDEهای پرتو ایکس بیشتر در سامانه‌هایی دیده می‌شوند که روبه‌رو (face-on) هستند و ما به‌طور مستقیم آن‌ها را بدون مانع گردوغبار و آوارهای اطراف می‌بینیم.

اما اگر نظریه‌ی پژوهشگران درست باشد، به این معناست که تمام TDEهای نوری در واقع اختلال‌های جزئی هستند. شاید به‌دلیل فاصله‌ی زمانی طولانی میان فوران‌ها، ما تاکنون موفق به شناسایی همه‌ی آن‌ها نشده‌ایم. یا شاید ستارگانی به SMBH نزدیک شده‌اند و بخشی از جرم‌شان را از دست داده‌اند، اما به‌دلیل دینامیک خاص، در مدار SMBH به دام نیفتاده‌اند.

نویسندگان در پایان مقاله نتیجه‌گیری می‌کنند:
«اگر این فرض درست باشد، نیازمند بازنگری در مکانیزم‌های تابشی، نرخ وقوع و ترجیح میزبانی TDEهای نوری-فرابنفش در کهکشان‌ها خواهیم بود.»