سیاهچاله جدید ‘حلقه گمشده’ در مرکز کهکشانی کمین کرده است

به نظر می رسد خوشه ای از ستاره ها به نام IRS 13 در نزدیکی مرکز کهکشان دارای یک سیاهچاله در میان خود است. علاوه بر این، نحوه ازدحام و چرخش این ستارگان نشان می‌دهد که سیاه‌چاله یک امر نادر است – سیاهچاله‌ای در محدوده جرم متوسط، بین سیاهچاله‌هایی که جرمی شبیه ستاره دارند و هیولاهای بسیار پرجرم.

چنین سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط ​​به‌ندرت یافت شده‌اند، که IRS 13 را به خودی خود هیجان‌انگیز می‌کند… اما نکته مهم در محل آن است.

به نظر می رسد که سیاهچاله تنها ۰.۱ سال نوری از مرکز کهکشان فاصله دارد و یکی از بلوک های ساختمانی است که رشد و تکامل مداوم سیاهچاله عظیم کهکشان راه شیری، Sagittarius A* (Sgr A*) را تغذیه می کند.

این یک سرنخ حیاتی است که می تواند به ما در درک چگونگی رشد سیاهچاله ها کمک کند و شکاف بین توده های ستاره ای و سیاهچاله های کلان پرجرم را پر کند.

سیاهچاله ها نقطه پایانی تکاملی در طول عمر یک ستاره پرجرم هستند، اما توده های مشاهده شده این اجرام گیج کننده است.

در محدوده جرم ستاره ای، ما سیاهچاله هایی داریم که از هسته های فروپاشیده ستارگان پرجرم (و ادغام بین آنها) تشکیل می شوند. برای سیاهچاله ای که از یک ستاره تشکیل شده است، حد جرم بالایی حدود ۸۰ برابر جرم خورشید است.

سیاهچاله های پرجرم دارای محدوده جرمی ضعیفی هستند، اما به طور کلی پذیرفته شده است که جرم آن میلیون ها تا میلیاردها برابر خورشید باشد. هر چیزی بین ۱۰۰ جرم خورشیدی و ۱۰۰۰۰۰ تا یک میلیون جرم خورشیدی، محدوده جرم متوسطی است که در آن اجرام تکان دهنده کمی یافت شده است.

دلیل تکان دهنده بودن آن این است که یک مسیر تکاملی بین سیاهچاله های کوچک و سیاهچاله های بزرگ خالی می گذارد.

شکافی در آمار رصدی بین سیاهچاله‌های با جرم ستاره‌ای و سیاه‌چاله‌های کلان جرم وجود دارد که نمی‌توان آن را به راحتی توضیح داد – به این معنی که ما شواهد کمی از رشد از یک نقطه به نقطه دیگر نداریم.

IRS 13 کمی بیش از ۲۵ سال پیش کشف شد و از آن زمان تاکنون اخترشناسان را متحیر کرده است. در ابتدا تصور می شد که این یک ستاره منفرد و پرجرم است. سپس یک ستاره دوتایی. سپس یک ستاره Wolf-Rayet، یک ستاره عظیم در آستانه ابرنواختر.

از آن زمان به عنوان یک خوشه کوچک شناخته شده است، اما هنوز یک خوشه گیج کننده است. آنقدر به Sgr A* – سیاهچاله ای با جرم ۴.۳ میلیون خورشید – نزدیک است که چنین خوشه ای نباید ساختار نزدیک خود را حفظ کند.

تیمی به رهبری فلوریان پیسکر اخترفیزیکدان از دانشگاه کلن در آلمان می خواستند این معما را حل کنند، بنابراین محققان نگاهی به نحوه حرکت ستاره ها و توده های گاز در این خوشه انداختند. آنها انتظار داشتند که حرکت نسبتاً تصادفی باشد، اما در عوض متوجه شدند که کاملاً منظم است.

دو توضیح ممکن برای این وجود دارد. یکی از آنها تأثیر Sgr A* است که به نحوی مدار اجرام را در IRS 13 تغییر می دهد. اما تیم استدلال می کرد که باید چیزی در داخل خوشه وجود داشته باشد که از نظر گرانشی آن را دست نخورده نگه دارد.

آنها مشاهدات و مدل‌سازی را انجام دادند تا ببینند آیا می‌توانند بفهمند آن چیزی چیست. با ردیابی حرکات خوشه، آنها مکان جایی که ممکن است آن جسم متراکم باشد را شناسایی کردند.

در آن مکان، آنها اشعه ایکس و حلقه ای از گاز یونیزه را مشاهده کردند که با سرعتی در حدود ۱۳۰ کیلومتر (۸۱ مایل) در ثانیه می چرخید.

سپس با استفاده از تمام این حرکات، جرم جسم را در مرکز حلقه محاسبه کردند. جرم آنها به مقیاس کیهانی در حدود ۳۰۰۰۰ جرم خورشید منحرف شد. تنها یک چیز می تواند باشد: یک سیاهچاله با جرم متوسط.

مشاهدات آینده با ابزارهای پیشرفته به ما بینش بیشتری نسبت به این شی مرموز می دهد، اما در حال حاضر، به نظر می رسد این خوشه گام مهمی در جهت درک تکامل سیاهچاله ها باشد.

Peißker می گوید: ‘به نظر می رسد IRS 13 یک بلوک ساختمانی ضروری برای رشد سیاهچاله مرکزی ما SgrA* باشد.’

‘این خوشه ستاره ای جذاب از زمانی که حدود بیست سال پیش کشف شد، همچنان جامعه علمی را شگفت زده کرده است. در ابتدا تصور می شد که این یک ستاره غیرعادی سنگین است. با این حال، با داده های با وضوح بالا، اکنون می توانیم ساختمان را تایید کنیم. ترکیب بلوک با یک سیاهچاله با جرم متوسط ​​در مرکز.’

این تحقیق در مجله Astrophysical منتشر شده است.