راز درخشش مرموز: چه چیزی این‌قدر به سیاه‌چاله نزدیک است؟

در مرکز کهکشانی به نام 1ES 1927+654، یک سیاهچاله فوق‌سنگین قرار دارد که رفتار عجیب و پیچیده‌اش برای سال‌ها اخترشناسان را سردرگم کرده است. اکنون، ممکن است توضیحی برای بخشی از این رفتارهای غیرمعمول پیدا کرده باشیم: وجود یک کوتوله سفید در حال چرخش که به خطرناک‌ترین فاصله از افق رویداد سیاهچاله رسیده است، نقطه‌ای که فراتر از آن هیچ ماده‌ای امکان بازگشت ندارد.

دکتر مگان مسترسون از مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) می‌گوید:

«این نزدیک‌ترین چیزی است که تا کنون اطراف یک سیاهچاله دیده‌ایم. این نشان می‌دهد که اجرامی مانند کوتوله‌های سفید می‌توانند برای مدتی نسبتاً طولانی در فاصله‌ای بسیار نزدیک به افق رویداد زندگی کنند.»

خود سیاهچاله‌ها هیچ نوری منتشر نمی‌کنند، اما سیاهچاله‌های فوق‌سنگین در مرکز کهکشان‌ها معمولاً توسط ابرهای عظیمی از مواد احاطه شده‌اند. این مواد در اثر اصطکاک و گرانش، در حین چرخش به دور سیاهچاله گرم شده و می‌درخشند. زمانی که این نور تغییر می‌کند، اخترشناسان می‌توانند با مطالعه آن دریابند که چه رویدادهایی ممکن است در اطراف سیاهچاله در حال وقوع باشد.

برای مثال، ما می‌دانیم زمانی که یک ستاره عبوری در میدان گرانشی سیاهچاله گیر می‌افتد و به‌تدریج از هم گسیخته می‌شود تا توسط سیاهچاله بلعیده شود، چگونه به نظر می‌رسد.

سیاهچاله‌ای که در مرکز 1ES 1927+654 قرار دارد، با جرمی حدود یک میلیون برابر جرم خورشید، تا سال ۱۳۹۶ نسبتاً عادی به نظر می‌رسید. اما در آن سال، تاج پیرامون سیاهچاله (corona) از دید ناپدید شد و سپس به تدریج تا ۲۰ برابر روشنایی پیشین خود درخشید.

این رفتار بسیار گیج‌کننده بود. تحلیل‌ها نشان داد که ممکن است نتیجه یک «وارونگی قطبی سیاهچاله» باشد. دانشمندان که تا آن زمان چیزی شبیه به این ندیده بودند، تصمیم گرفتند این کهکشان را زیر نظر بگیرند تا ببینند آیا اتفاق دیگری نیز رخ خواهد داد.

در خرداد ۱۴۰۱، چنین اتفاقی افتاد. داده‌های پرتو ایکس ثبت‌شده توسط تلسکوپ فضایی XMM-Newton متعلق به آژانس فضایی اروپا نشان داد که روشنایی هسته کهکشان شروع به نوسان کرده است. خروجی پرتو ایکس سیاهچاله حدود ۱۰ درصد نوسان داشت و این تغییرات در بازه‌های زمانی حدود ۱۸ دقیقه رخ می‌داد.

این رفتار غیرعادی برای سیاهچاله‌ها نادر نیست و به این نوسانات نوسانات شبه‌دوره‌ای (QPOs) گفته می‌شود، هرچند علت دقیق آن ناشناخته است. اما 1ES 1927+654 اوضاع را حتی عجیب‌تر کرد. طی دو سال، فاصله زمانی بین این نوسانات از حدود ۱۸ دقیقه به کمتر از هفت دقیقه کاهش یافت.

دکتر مسترسون می‌گوید:

«ما هرگز چنین تغییری در نرخ این نوسانات ندیده بودیم. این رفتار کاملاً با آنچه از یک سیاهچاله عادی انتظار داریم متفاوت بود.»

اما چه چیزی در کیهان می‌تواند باعث چنین رفتاری شود؟ دانشمندان با بررسی طول‌موج نور و دوره تناوب نوسانات، دریافتند که محتمل‌ترین سناریو وجود یک جسم متراکم در میان مواد اطراف سیاهچاله است که به تدریج به آن نزدیک‌تر می‌شود. با کاهش مدار این جسم، زمان بین درخشش‌های نور هنگام گردش به دور سیاهچاله کوتاه‌تر می‌شود.

محاسبات نشان می‌دهد که این جسم احتمالاً یک کوتوله سفید است؛ هسته فروپاشیده یک ستاره کم‌جرم که مواد خارجی خود را در پایان عمرش از دست داده است. جرم این کوتوله سفید حدود ۰.۱ جرم خورشید است و قطر آن بین زمین و ماه قرار دارد.

اگر این فرضیه درست باشد، ممکن است کوتوله سفید از این برخورد جان سالم به در ببرد. در چنین فاصله نزدیکی، سیاهچاله احتمالاً مواد خارجی کوتوله سفید را جدا می‌کند، اما همین فرآیند ممکن است به کوتوله سفید نیروی بازگشتی کافی بدهد تا از عبور از افق رویداد جلوگیری کند. تراکم بالای کوتوله سفید نیز از فروپاشی آن مانند یک ستاره عادی جلوگیری می‌کند.

این به معنای آن است که کوتوله سفید در نهایت ممکن است از سیاهچاله فاصله گرفته و به مکانی امن‌تر بازگردد. اگر تحلیل تیم تحقیقاتی درست باشد، آن‌ها می‌توانند این فاصله‌گیری را در دوره زمانی نوسانات پرتو ایکس مشاهده کنند.

با این حال، هرچه پیش آید، این سیاهچاله همچنان درس‌های بیشتری درباره شدیدترین محیط‌های گرانشی در کیهان به ما خواهد آموخت.

دکتر مسترسون می‌گوید:

«تنها چیزی که از این منبع یاد گرفته‌ام، این است که هرگز نباید از نگاه کردن به آن دست برداریم، زیرا احتمالاً چیز جدیدی به ما خواهد آموخت. قدم بعدی این است که چشمانمان را باز نگه داریم.»

این پژوهش در نشست ۲۴۵ام انجمن اخترشناسی آمریکا ارائه شده و در مجله Nature نیز پذیرفته شده است. نسخه پیش‌چاپ آن نیز در سرور arXiv در دسترس است.