برای مدتی است که شواهدی مبنی بر وجود سیاه‌چاله‌های میان‌جرم (IMBH) از سوی پژوهشگران مختلف ارائه شده است. یک نمونه‌ی مشکوک در خوشه‌ی کروی اُمگا قنطورس وجود دارد و همچنین نشانه‌هایی دیده شده که این سیاه‌چاله‌ها در نزدیکی سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم در مرکز کهکشان‌ها حضور دارند. اکنون گروهی از پژوهشگران شواهدی یافته‌اند مبنی بر اینکه یک سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم در حال بلعیدن یک ستاره است.
یکی از راه‌های اصلی شناسایی سیاه‌چاله‌ها، تابش پرتو ایکس است. هنگامی‌که ماده‌ای از یک ستاره‌ی همراه به سوی یک سیاه‌چاله‌ی پرجرم کشیده می‌شود، در دیسک برافزایشی به‌شدت داغ شده و پرتو ایکس ساطع می‌کند. این اتفاق برای سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم نیز در رویدادهای گسست جزر و مدی (TDE) رخ می‌دهد. درباره‌ی سیاه‌چاله‌های میان‌جرم فرضی نیز انتظار داریم رفتاری مشابه داشته باشند.
تلسکوپ فضایی هابل و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا با همکاری یکدیگر تابش پرتو ایکس درخشانی را از آنچه به‌نظر می‌رسد یک سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم در یک کهکشان بیضوی دوردست، به فاصله‌ی ۴۵۰ میلیون سال نوری، است ثبت کردند. این یافته‌ها در مقاله‌ای با عنوان «بررسی چندطیفی منبع فوق‌درخشان پرتو ایکس نزدیک به NGC 6099: یک نامزد قدرتمند برای IMBH» در ژورنال اخترفیزیک منتشر شده است. نویسنده‌ی اصلی مقاله، یی-چی چانگ از مؤسسه اخترشناسی دانشگاه تسینگ‌هوا در تایوان است.
نویسندگان در مقاله می‌نویسند:
«ما خواص جالب یک منبع متغیر پرتو ایکس را که در حومه‌ی کهکشان بیضوی NGC 6099 واقع شده گزارش می‌کنیم. طیف نوری پیوسته می‌تواند هم به تابش ستاره‌ای از یک خوشه‌ی ستاره‌ای فشرده و هم به دیسک برافزایشی که با پرتو ایکس تحریک شده نسبت داده شود، که هر دو با سناریوی IMBH سازگارند.»
این منبع با نام NGC 6099 HLX-1 شناخته می‌شود و نخستین بار در سال ۱۳۸۷ توسط چاندرا در حالی‌که پرتو ایکس درخشانی از آن ساطع می‌شد، رصد شد. از آن زمان تاکنون، اخترشناسان با استفاده از رصدخانه‌ی XMM-Newton متعلق به آژانس فضایی اروپا، این منبع را زیر نظر داشته‌اند و نوسانات پرتو ایکس آن را دنبال کرده‌اند. مشاهدات تلسکوپ‌های دیگر نیز شواهد را تکمیل کرده‌اند.
پژوهشگران به‌دنبال کشف سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم هستند، زیرا این نوع از سیاه‌چاله‌ها می‌توانند حلقه‌ی گمشده‌ای در زنجیره‌ی رشد سیاه‌چاله‌ها باشند.
یی-چی چانگ می‌گوید:
«منابع پرتو ایکس با چنین درخشندگی شدیدی در خارج از مرکز کهکشان‌ها بسیار نادرند و می‌توانند سرنخ‌هایی کلیدی برای یافتن سیاه‌چاله‌های میان‌جرم فراهم کنند. این‌ها یک حلقه‌ی حیاتی گمشده بین سیاه‌چاله‌های ستاره‌جرم و ابرجرم هستند.»
ستاره‌ای در حال بلعیده شدن؟
اعتبار تصویر: یی‌چی چانگ و همکاران، مجله اخترفیزیک (ApJ)، شماره ۱۰۹، جلد ۹۸۳، سال ۲۰۲۵.
اخترشناسان به‌خوبی با ویژگی‌های پرتو ایکس حاصل از رویدادهای گسست جزر و مدی آشنا هستند، و چاندرا نیز همان ویژگی‌ها را در پرتوهای ساطع‌شده از HLX-1 مشاهده کرده است. تلسکوپ هابل نیز خوشه‌ای کوچک از ستارگان را در نزدیکی این منبع رصد کرده که نشانه‌ای قوی به‌شمار می‌رود، چرا که پیش‌تر وجود خوشه‌های غیرعادی از ستارگان با حرکات غیرمعمول، دلیلی برای تأیید حضور سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم در مرکز کهکشان راه شیری بوده است. ستارگان اطراف HLX-1 نیز بسیار فشرده‌اند، به‌طوری‌که می‌توانند منبع تغذیه‌ی مناسبی برای این سیاه‌چاله باشند.
هنگامی‌که سیاه‌چاله‌ای شروع به بلعیدن یک ستاره یا ماده‌ی دیگر می‌کند، تنها بخشی از آن ماده از افق رویداد عبور می‌کند و بقیه در دیسک برافزایشی چرخیده و تا دمای حدود ۳ میلیون درجه فارنهایت گرم می‌شود. این دما برای گسیل پرتو ایکس کافی است. در سال ۱۳۹۰، درخشندگی این پرتوها به اوج رسید و تا ۱۰۰ برابر درخشان‌تر از حالت اولیه در سال ۱۳۸۷ شد. از آن زمان تاکنون، درخشندگی رو به کاهش گذاشته است.
این میزان از درخشندگی برای سیاه‌چاله‌ای با جرم ستاره‌ای بسیار زیاد است، اما با نظریات مربوط به سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم سازگار است.
آیا می‌تواند چیز دیگری باشد؟
اعتبار تصویر: NOIRLab/AURA/NSF/P. Marenfeld
نویسندگان مقاله می‌نویسند:
«ویژگی‌های مشاهده‌شده‌ی HLX-1 آن را به منبعی غیرعادی و جالب تبدیل کرده که به‌سختی در دسته‌بندی‌های رایج اجرام فشرده‌ی برافزایشی قرار می‌گیرد.»
با این حال، ممکن است این منبع در واقع هسته‌ی فعال کهکشانی (AGN) در پس‌زمینه باشد، گرچه نویسندگان احتمال آن را ضعیف می‌دانند:
«نمی‌توانیم کاملاً احتمال وجود یک AGN یا اختروش (quasar) در پس‌زمینه‌ی دوردست را رد کنیم، اما این فرضیه با داده‌ها چندان همخوان نیست.»
یکی از نکات گیج‌کننده این است که پرتو ایکس HLX-1 دارای یک همتای نوری نیز هست. این منبع نوری نقطه‌ای و آبی‌رنگ ممکن است از یک خوشه‌ی ستاره‌ای میزبان IMBH باشد که با نظریه‌های تشکیل IMBH در خوشه‌ها سازگار است. یا ممکن است نور بازتاب‌یافته‌ای باشد که ابتدا از پرتوهای ایکس دیسک برافزایشی به‌وجود آمده و سپس به نور مرئی تبدیل شده. نویسندگان می‌نویسند:
«ساختار و درخشندگی این منبع نوری با جرمی در حاشیه‌ی NGC 6099، مانند یک خوشه‌ی ستاره‌ای پرجرم یا کوتوله‌ی فوق‌فشرده (UCD) سازگار است.»
آینده‌ی HLX-1 چه خواهد بود؟
اعتبار تصویر: پرتو ایکس: ناسا / CXC / مؤسسه اخترشناسی تایوان / یی-چی چانگ؛ نوری/فرابنفش: ناسا / ESA / STScI / تلسکوپ فضایی هابل؛ پردازش تصویر: ناسا / STScI / جی. دپاسکوال.
یکی از پژوهشگران، روبرتو سوریا، می‌گوید:
«اگر این IMBH در حال بلعیدن یک ستاره باشد، این روند چقدر طول می‌کشد؟ HLX-1 در سال ۱۳۸۷ نسبتاً درخشان بود، سپس در ۱۳۹۰ حدود ۱۰۰ برابر درخشان‌تر شد و بعد دوباره کاهش یافت. اکنون باید منتظر بمانیم ببینیم آیا دوباره فوران می‌کند، یا فقط یک نقطه‌ی اوج داشته و سپس برای همیشه خاموش می‌شود.»
ساده‌ترین توضیح
در پایان مقاله، پژوهشگران تأکید می‌کنند که HLX-1 معیارهای اصلی یک سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم را دارد:
«ما دیگر فرضیه‌ها را بررسی کردیم، اما IMBH در یک خوشه‌ی ستاره‌ای فشرده، که از طریق گسست جزر و مدی یک ستاره‌ی کم‌جرم تغذیه می‌شود، ساده‌ترین توضیحی است که با داده‌ها همخوانی دارد.»
البته این پاسخ نمی‌دهد که چرا HLX-1 در سال ۱۳۸۷کم‌نور بود و سپس ناگهان بسیار درخشان شد. توضیح احتمالی این است که یک ستاره در مداری بیضوی قرار داشته و در هر بار نزدیک‌شدن به سیاه‌چاله، بخشی از جرم خود را از دست داده؛ همان چیزی که در TDEهای مربوط به سیاه‌چاله‌های ابرجرم دیده‌ایم.
سناریوهای دیگر و آینده‌ی رصدها
یک احتمال دیگر نیز وجود دارد: افزایش اولیه‌ی درخشندگی در سال ۱۳۸۷ ناشی از گازهایی بوده که در جریان برافزایشی به‌خود برخورد کرده‌اند، و اوج درخشندگی در سال ۱۳۹۰ ناشی از فاز دیسک برافزایشی بوده است. رصدهای آینده می‌تواند به روشن شدن این سناریو کمک کند.
پژوهشگران می‌نویسند:
«رصدهای پیگیر پرتو ایکس لازم است تا مشخص شود آیا این منبع به‌صورت پیوسته در حال کاهش است و طبق مسیر معمول TDE رفتار می‌کند یا خیر؛ و اینکه آیا در آستانه‌ی گذار به حالت کم‌نور/سخت است یا ممکن است دوباره روشن شود.»
چرا IMBHها مهم‌اند؟
اگر واقعاً IMBHها مراحل میانی رشد سیاه‌چاله‌ها بین انواع ستاره‌جرم و ابرجرم باشند، یافتن آن‌ها هنگام رشد از طریق برافزایش بسیار حیاتی است. یک رابطه‌ی تناسب میان جرم سیاه‌چاله و جرم کهکشان میزبان وجود دارد، و یافتن بیشتر IMBHها می‌تواند این ارتباط را تقویت کند.
ممکن است سیاه‌چاله‌های ابرجرم فقط از طریق جذب IMBHها رشد نکرده باشند. برخی اخترفیزیک‌دانان پیشنهاد می‌دهند که این سیاه‌چاله‌ها از طریق فروریزش مستقیم در هاله‌های ماده‌ی تاریک شکل گرفته‌اند. احتمال دارد چندین مسیر برای رشد SMBH وجود داشته باشد.
گام بعدی: آمارگیری و جست‌وجوی بیشتر
ما دچار سوگیری رصدی هستیم، چون شناسایی SMBHها آسان‌تر از IMBHهاست. شاید تعداد زیادی سیاه‌چاله‌ی میان‌جرم در کیهان وجود داشته باشد که فقط نتوانسته‌ایم آن‌ها را ببینیم.
سوریا می‌گوید:
«اگر خوش‌شانس باشیم، می‌توانیم سیاه‌چاله‌های آزاد بیشتری را ببینیم که به‌واسطه‌ی رویدادهای گسست جزر و مدی ناگهان در پرتو ایکس می‌درخشند. اگر بتوانیم یک مطالعه‌ی آماری انجام دهیم، خواهیم فهمید چه تعداد IMBH وجود دارد، چند وقت یک‌بار ستاره‌ها را می‌بلعند، و کهکشان‌های بزرگ چگونه با بلعیدن کهکشان‌های کوچک‌تر رشد کرده‌اند.»
