ردیابی سیاهچالهها در مرکز کهکشانهای کوتوله همیشه کار سختی بوده است. یکی از دلایل اصلی این است که این سیاهچالهها معمولاً «سرگردان» هستند و دقیقاً در مرکز کهکشان قرار ندارند. کهکشانهای کوتولهی زیادی وجود دارند که احتمالاً میزبان چنین سیاهچالهای هستند، اما تا حالا دادههای کافی برای تأیید وجودشان نداشتهایم.
یک مقالهی جدید از مگان استورم (دانشگاه ایالتی مونتانا) و همکارانش، دادههای تازهای از تلسکوپهای چاندرا و هابل را روی ۱۲ کهکشان کوتولهی مشکوک به داشتن هستهی فعال کهکشانی (AGN) بررسی کرده است. نتیجه؟ فقط ۳ مورد بهطور قطعی تأیید شدند. این عدد بهخوبی نشان میدهد که جدا کردن این غولهای سرگردان چقدر دشوار است.
چرا پیدا کردن این سیاهچالهها مهم است؟
سیاهچالههای اولیه احتمالاً «دانههای اولیه» تشکیل کهکشانها بودهاند. کهکشانهای بزرگ مثل راه شیری بارها با یکدیگر ادغام شدهاند و تاریخچهی رشد سیاهچالهی ابرپرجرم مرکزیشان تقریباً پاک شده است. اما کهکشانهای کوتوله تغییرات خیلی کمتری دیدهاند؛ بنابراین سیاهچالههایشان هنوز شبیه همان چیزی هستند که در دوران نوزادی کیهان وجود داشتهاند. پیدا کردن آنها به اخترشناسان کمک میکند محدودیتهای دقیقتری روی چگونگی شکلگیری این دانههای کهکشانی بگذارند.
چرا این سیاهچالهها «سرگردان» میشوند؟
شبیهسازیها نشان میدهند تا ۵۰ درصد سیاهچالههای مرکزی در کهکشانهای کوتوله ممکن است از مرکز جابهجا شده باشند. دلایلش دو دسته است:
- ادغام با کهکشان دیگر (حتی در مقیاس کوچک) که باعث میشود سیاهچاله با یک «لگد گرانشی» از مرکز بیرون پرت شود.
- یا شاید از اول در مرکز تشکیل نشده باشند! ممکن است در ابرهای گازی دور از مرکز به وجود آمده باشند و هنوز گاز و غبار اطراف فرصت نکرده به کشش گرانشی آنها واکنش نشان دهد، یا در یک رقص گرانشی ناپایدار گیر کرده باشند که هیچوقت سیاهچاله به مرکز واقعی نرسد.
روش پژوهش جدید
نویسندگان ۱۱۱ کهکشان کوتوله را که با آرایهی بسیار بزرگ (VLA) کشف شده بودند بررسی کردند و ۱۲ تایی را که سیگنال رادیویی شبیه سیاهچالههای در حال بلعیدن ماده داشتند انتخاب کردند (البته ممکن بود این سیگنالها فقط از تشکیل ستارههای عادی باشد). هدف: تشخیص دقیق منشأ سیگنالها.
نتیجه روی ۱۲ مورد:
- فقط ۳ مورد با شواهد چندطولموجی قوی (رادیویی از VLA، پرتو ایکس از چاندرا و نوری از هابل) تأیید شدند.
- یکی از آنها (ID 26) در هر سه باند بسیار درخشان بود.
- ID 82 فقط در پرتو ایکس دیده میشد (احتمالاً نور نوریاش پشت گاز و غبار پنهان است)، ولی خطوط کرونالی آن قبلاً حضور سیاهچاله را نشان داده بودند.
- ID 83 هم در پرتو ایکس بسیار درخشان بود و طیف نوریاش کاملاً با سیاهچاله جور درمیآمد.
دو مورد «جعلی» جالب
- ID 64: یک منبع نوری درخشان خارج از مرکز کهکشان دیده میشد، اما با دادههای رصدخانه پالومار معلوم شد این نور متعلق به یک کهکشان پسزمینه است که دقیقاً در خط دید کهکشان کوتوله قرار گرفته و AGN آن باعث شده فکر کنیم سیاهچاله در کهکشان جلویی «سرگردان» است!
- ID 92: سیگنال رادیوییاش دقیقاً با یک منطقهی بسیار فعال تشکیل ستاره همراستا بود. تحلیل دقیقتر نشان داد منشأ آن یک «ابرخوشه ستارهای» است، نه سیاهچاله.
۷ مورد باقیمانده «ارواح»
هیچ سیگنال پرتو ایکس یا نوری مشخصی نداشتند. سه تای آنها بهخاطر جابهجایی خیلی زیاد از مرکز، احتمالاً منابع پسزمینه هستند. یکی از این ارواح (ID 65) حتی ممکن است منشأ یک انفجار رادیویی سریع (FRB) باشد که منشأشان هنوز بحثبرانگیز است.
این رازها فعلاً حلنشده میمانند، مگر اینکه زمان رصدی روی تلسکوپ قدرتمندتری مثل جیمز وب به این تیم اختصاص پیدا کند. هنوز معلوم نیست تیم مونتانا پیشنهادشان را برای سال پنجم جیمز وب فرستاده باشند یا نه، اما همین مقالهی جدید خودش گامی بزرگ است برای نزدیک شدن به این سیاهچالههای مرموز که کلید درک کیهان نوزاد را در دست دارند.
نتیجهگیری کلی و مهم از این پژوهش و بحث کلی موضوع این است:
ما در آستانهی یک کشف خیلی بزرگ هستیم، اما هنوز راه طولانی در پیش داریم.
۱. سیاهچالههای «دانهای» (با جرم متوسط یا کوچک) که در کیهان اولیه شکل گرفتند، احتمالاً کلید اصلی تشکیل کهکشانها هستند، نه برعکس (یعنی اول کهکشان نبوده، اول سیاهچاله بوده و بعد کهکشان دور آن ساخته شده).
۲. بهترین جای جستوجوی این سیاهچالههای «نوزاد» یا دستنخورده، کهکشانهای کوتوله است؛ چون این کهکشانها مثل موزهی زندهی کیهان اولیهاند و کمتر دستخورده و ادغامشدهاند.
۳. مشکل بزرگ این است که نیمی از این سیاهچالهها اصلاً در مرکز کهکشانشان نیستند و «سرگردان»اند؛ به همین خاطر پیدا کردنشان خیلی سختتر از چیزی است که قبلاً فکر میکردیم.
۴. با تلسکوپهای فعلی (چاندرا، هابل، VLA) فقط میتوانیم تعداد بسیار کمی را با اطمینان تأیید کنیم (در این پژوهش فقط ۳ تا از ۱۲ مورد). بقیه یا جعلی از آب درمیآیند، یا آنقدر کمنور و پنهاناند که هنوز نمیتوانیم بگوییم وجود دارند یا نه.
۵. برای حل قطعی این معما، به شدت به نسل بعدی تلسکوپها (بهخصوص جیمز وب، و بعدش نانسی گریس رومن و پروژههای آینده) نیاز داریم.
در یک جمله خلاصه: احتمالاً خیلی از کهکشانها با یک سیاهچالهی کوچکی شروع شدند که بعداً هم خودش و هم کهکشان دورش بزرگ شدند؛ اما این سیاهچالههای «مادر» آنقدر سرگردان و کمنورند که هنوز فقط نوک یخشان را دیدهایم. شکار واقعی تازه شروع شده!