ادغام فوق العاده: Sgr A* توسط برخورد سیاه چاله در ۹ میلیارد سال پیش شکل گرفت

مال ما که قوس A* (Sgr A*) نام دارد، با جرمی حدود چهار میلیون خورشیدی کمی ساده تر است.

اخترفیزیکدانان Sgr A* را مطالعه کرده اند تا درباره آن، از جمله سن آن، اطلاعات بیشتری کسب کنند. آنها می گویند حدود نه میلیارد سال پیش شکل گرفت.

SMBH ها فریبنده ترین اجرام کیهان هستند. آنها آنقدر عظیم هستند که کشش گرانشی آنها می تواند نور را به دام بیندازد. آنها توسط یک حلقه چرخان از مواد به نام دیسک برافزایش احاطه شده اند که مواد را به داخل سوراخ می دهد.

هنگامی که آنها به طور فعال تغذیه می کنند، هسته های فعال کهکشانی (AGN) نامیده می شوند.

چگونه دانشمندان می‌توانند سن این اجسام گیج‌کننده را تعیین کنند؟ چگونه می‌توانند بفهمند که سیاهچاله ما، Sgr A*، چگونه شکل گرفته است؟ با جمع‌آوری داده‌ها، کنار هم قرار دادن آن‌ها و اجرای شبیه‌سازی شده.

این تلاش به طور جدی در فروردین ۱۳۹۶ آغاز شد، زمانی که تلسکوپ افق رویداد (EHT) سیاهچاله را در مرکز کهکشان M87 مشاهده کرد. این اولین باری بود که تصویری از یک سیاهچاله را دیدیم و در سال ۱ با مشاهده Sgr A* توسط EHT پیگیری شد.

تحقیقات جدید منتشر شده در Nature Astronomy برای تعیین سن و منشاء Sgr A* بر مشاهدات EHT تکیه کرد. این عنوان ‘شواهد ادغام گذشته سیاهچاله مرکز کهکشانی‘ است. نویسندگان این کتاب، ییهان وانگ و بینگ ژانگ، هر دو اخترفیزیکدان در دانشگاه نوادا، لاس وگاس هستند.

سیاهچاله ها به دو صورت رشد می کنند. آنها در طول زمان ماده را به وجود می آورند و ادغام می شوند. اخترفیزیکدانان بر این باورند که برای تشکیل یک SMBH به ادغام کهکشان نیاز است و Sgr A* تفاوتی ندارد. احتمالاً از طریق یک ادغام شکل گرفته است، اگرچه مواد را نیز جمع می کند.

Sgr A* غیرعادی است. به سرعت می‌چرخد و نسبت به کهکشان راه شیری ناهماهنگ است. به گفته وانگ و ژانگ، این شواهدی است از ادغام گذشته، احتمالاً با یک کهکشان اقماری قدیمی به نام گایا-انسلادوس.

نویسندگان در مقاله خود می نویسند: «تلسکوپ افق رویداد (EHT) تصویری مستقیم از SMBH Sgr A* در مرکز کهکشان راه شیری ارائه کرد، که نشان می دهد احتمالاً به سرعت با محور چرخشی اش که به طور قابل توجهی نسبت به تکانه زاویه ای صفحه کهکشانی ناهماهنگ است، می چرخد.

این جفت محقق از شبیه سازی های کامپیوتری برای مدل سازی تاثیر ادغام بر سیاهچاله کهکشان راه شیری استفاده کردند.

نویسندگان می نویسند: ‘از طریق بررسی مدل های مختلف رشد SMBH، در اینجا ما نشان می دهیم که خواص اسپین استنباط شده Sgr A* شواهدی از ادغام SMBH در گذشته ارائه می دهد.’

کار آنها نشان می دهد که ادغام نسبت جرمی ۴:۱ با پیکربندی مداری بسیار شیبدار می تواند آنچه را که مشاهدات EHT Sgr A* نشان می دهد، توضیح دهد.

با الهام از ادغام بین راه شیری و گایا-انسلادوس، که دارای نسبت جرمی ۴:۱ است، همانطور که از داده‌های گایا استنباط می‌شود، کشف کردیم که ادغام بزرگ ۴:۱ SMBH با زاویه تمایل تکانه زاویه‌ای دوتایی ۱۴۵- ۱۸۰ درجه با توجه به خط دید (LOS) می‌تواند ویژگی‌های چرخش اندازه‌گیری شده Sgr A* را با موفقیت تکرار کند،’ نویسندگان در کار خود توضیح می‌دهند.

ژانگ، استاد برجسته فیزیک و نجوم در UNLV و مدیر مؤسس مرکز اخترفیزیک نوادا، گفت: این ادغام احتمالاً حدود ۹ میلیارد سال پیش و پس از ادغام کهکشان راه شیری با کهکشان گایا-انسلادوس رخ داده است.

این رویداد نه تنها شواهدی از نظریه ادغام سیاهچاله های سلسله مراتبی ارائه می دهد، بلکه بینشی از تاریخ پویای کهکشان ما نیز ارائه می دهد.

وانگ، نویسنده اصلی این مقاله در بیانیه‌ای مطبوعاتی گفت: این کشف راه را برای درک ما از چگونگی رشد و تکامل سیاه‌چاله‌های بزرگ هموار می‌کند. اسپین بالا و نادرست Sgr A* نشان می دهد که ممکن است با سیاهچاله دیگری ادغام شده باشد و دامنه و جهت چرخش آن را به طرز چشمگیری تغییر داده است.

نویسندگان در نتیجه گیری خود می نویسند: ‘این رویداد ادغام در کهکشان ما پشتیبانی رصدی بالقوه ای را برای تئوری ادغام سلسله مراتبی BH در شکل گیری و رشد SMBH ها فراهم می کند.’

وقتی کهکشان‌ها با هم ادغام می‌شوند، سیاه‌چاله‌های مرکزی آن‌ها هم ادغام می‌شوند. در حالی که این تا حد زیادی تئوری بوده است، رصدخانه های امواج گرانشی تعداد فزاینده ای از ادغام سیاهچاله ها را شناسایی می کنند.

با این حال، به دلیل محدوده فرکانس رصدخانه های ما، آنها فقط ادغام سیاهچاله های جرم ستاره ای را شناسایی کرده اند. ادغام SMBH فرکانس‌های موج گرانشی بسیار پایین‌تری تولید می‌کند که فراتر از محدوده آشکارسازهایی مانند LIGO/Virgo/KAGRA است. آشکارسازهای سیستم برای تشخیص فرکانس های پایین تر به هم نزدیک هستند.

نویسندگان همچنین به نرخ‌های ادغام SMBH که در شبیه‌سازی‌های دیگر مانند شبیه‌سازی هزاره تعیین شده است اشاره می‌کنند، که نشان می‌دهد ممکن است هر سال صدها یا هزاران در جهان قابل مشاهده وجود داشته باشد.

نرخ ادغام استنباط‌شده، مطابق با پیش‌بینی‌های نظری، نرخ تشخیص امیدوارکننده‌ای از ادغام SMBH برای آشکارسازهای امواج گرانشی فضایی را نشان می‌دهد که انتظار می‌رود در دهه ۱۴۰۸کار کنند.

برنامه هایی برای ایجاد امکاناتی وجود دارد که بتواند این فرکانس های ادغام SMBH پایین را شناسایی کند. ESA و ناسا در حال برنامه ریزی ماموریتی به نام LISA (آنتن فضایی تداخل سنج لیزری) هستند که می تواند این امواج را شناسایی کند. LISA از سه فضاپیما تشکیل خواهد شد که با هم به عنوان تداخل سنج کار می کنند. طول هر فضاپیما ۲.۵ میلیون کیلومتر خواهد بود.

SMBH ها برخی از گیج کننده ترین اشیاء در جهان هستند و مطالعه آنها دلهره آور است. با این حال، حتی در غیاب هرگونه شواهد موج گرانشی از ادغام SMBH، این تحقیق به ایجاد زمینه برای تعمیق درک ما از این ادغام ها در هنگام وقوع کمک می کند.