سیاه‌چاله‌های عظیم در مرکز کهکشان‌ها، مانند کهکشان راه شیری خودمان، به‌طور معمول ستاره‌های نزدیک به خود را خورده و از آن‌ها تغذیه می‌کنند. این فرآیند منجر به یک نمایش فوق‌العاده و پیچیده می‌شود که در آن ستاره‌ای که به‌سوی سیاهچاله می‌رود، دچار کشش به شکل رشته‌ای می‌شود (spaghettified) و به تکه‌های ریز تبدیل می‌گردد. این آتش‌بازی‌های ناشی از تخریب ستاره به‌عنوان رویداد اختلال جزر و مدی (tidal disruption event) شناخته می‌شود.
شبیه‌سازی‌های جدید: از نظریه تا واقعیت
در یک مطالعه جدید که امروز در مجله Letters Astrophysical منتشر شده است، ما پیشرفته‌ترین شبیه‌سازی‌ها را از نحوه تکامل این فرآیند طی یک سال ارائه کرده‌ایم. نظریه‌پردازان آمریکایی جک جی. هیلز و انگلیسی مارتین ریس در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ درباره این رویدادها نظریه پرداخته بودند. نظریه ریس پیش‌بینی می‌کند که نیمی از بقایای آن ستاره باید به سیاهچاله وابسته بماند و با یکدیگر برخورد کند تا دیسک فشرده و داغی از ماده به‌وجود آید که به‌عنوان دیسک انقباضی (accretion disc) شناخته می‌شود. این دیسک باید به اندازه‌ای داغ باشد که مقدار زیادی از اشعه ایکس را تابش کند.
اسرار تابش ستاره‌ای
با این حال، برخلاف انتظار، اکثر بیش از ۱۰۰ رویداد اختلال جزر و مدی که تا به امروز کشف شده‌اند، عمدتاً در طول موج‌های دیدنی می‌درخشند و نه در اشعه ایکس. دماهای مشاهده‌شده در بقایای این ستاره‌ها تنها حدود ۱۰,۰۰۰ درجه سلسیوس است. این دما مانند سطح یک ستاره با حرارت متوسط است، نه میلیون‌ها درجه‌ای که از گاز داغ در اطراف یک سیاهچاله عظیم انتظار می‌رود.
عجیب‌تر از این، اندازه ماده تابش‌دهنده در اطراف سیاهچاله بسیار بزرگتر از منظومه شمسی ما بود و به سرعتی معادل چند درصد سرعت نور در حال گسترش است. با توجه به اینکه حتی یک سیاهچاله به وزن یک میلیون برابر خورشید تنها کمی بزرگتر از خود خورشید است، اندازه بدست‌آمده از مشاهدات کاملاً شگفت‌انگیز بود.
توضیحی برای کمبود اشعه ایکس
محققان نجومی بر این باورند که سیاهچاله ممکن است به نوعی در هنگام تخریب تحت پوشش مواد قرار بگیرد تا غیبت تابش اشعه ایکس را توضیح دهد، اما تا کنون هیچ‌کس نتوانسته بود که دقیقاً نشان دهد این اتفاق چگونه می‌افتد. اینجا است که شبیه‌سازی‌های ما نقش مهمی ایفا می‌کنند.
یک نوش جان و یک خروجی
سیاه‌چاله‌ها مانند بچه‌های پنج‌ساله‌ای هستند که یک کاسه ماکارونی دارند: غذا را بی‌نظم و شلوغ می‌خورند. یک ستاره که در ابتدا یک جسم متراکم است با کشش شدید سیاهچاله کشیده و به شکل رشته‌ای درمی‌آید.
از این رویدادها، تنها ۱ درصد از مواد ستاره واقعی به داخل سیاهچاله کشیده می‌شود، در حالی که بخش باقی‌مانده با یک “نوش جان” کیهانی به بیرون پرتاب می‌شود. شبیه‌سازی اختلالات جزر و مدی با یک کامپیوتر کار دشواری است، زیرا قوانین نیوتن در نزدیکی یک سیاهچاله عظیم کارآمد نیستند. بنابراین باید همه اثرات عجیب و غریب نظریه نسبیت عام انیشتین را شامل شد.
شبیه‌سازی‌های جدید: اکتشاف در دنیای غیر معمول
دانشجوی فارغ‌التحصیل، دیوید لیپتای، یک روش شبیه‌سازی جدید بر اساس نسبیت انیشتین ایجاد کرد که به تیم این امکان را داد تا ستاره‌های بی‌خبر را به‌سمت نزدیک‌ترین سیاهچاله پرتاب کنیم. شما حتی می‌توانید این کار را خودتان انجام دهید.
اسپاگت‌سازی در عمل، نمای نزدیک از نیمه ستاره که به سیاهچاله باز می گردد.
نمای بزرگ‌نمایی شده، نشان‌دهنده زباله‌های ستاره‌ای که عمدتاً از سیاهچاله پایین نمی‌روند و در عوض در جریان خروجی در حال انبساط منفجر می‌شوند.
همان اسپاگت‌سازی که در فیلم‌های دیگر دیده می‌شود، اما همانطور که با یک تلسکوپ نوری [اگر یک تلسکوپ به اندازه کافی خوب داشته باشیم] دیده می‌شود. شبیه یک حباب در حال جوش است. ما آن را 'پاکت ادینگتون' نامیده ایم.
این شبیه‌سازی‌ها، برای اولین بار رویدادهای اختلال جزر و مدی را از آغاز تا پایان نشان می‌دهد، از کشیدگی ستاره تا زمانی که مواد دوباره به سیاهچاله می‌افتند. شبیه‌سازی بیش از یک سال پس از سقوط اولیه به طول انجامید.
نتایج شگفت‌انگیز
به شگفتی ما، ۱ درصد از موادی که به سیاهچاله سقوط می‌کنند، به‌قدری گرما تولید می‌کنند که یک پرتاب بسیار قوی و تقریبا کروی را به‌وجود می‌آورد. سیاهچاله نمی‌تواند مقدار زیادی از ماده را ببلعد، بنابراین آنچه را که نمی‌تواند بلعید، مرکز را تحت پوشش قرار می‌دهد و به تدریج به بیرون پرتاب می‌کند.
نتایج شبیه‌سازی‌ها توضیح می‌دهند که چرا رویدادهای اختلال جزر و مدی واقعاً شبیه به یک ستاره به اندازه منظومه شمسی به‌نظر می‌رسند که با سرعتی معادل چند درصد سرعت نور در حال گسترش هستند و به وسیله یک سیاهچاله در مرکز تأمین انرژی می‌شوند. در واقع، می‌توان آن را به‌عنوان یک “خورشید سیاه‌چاله‌ای” توصیف کرد.
نتیجه‌گیری
با مرور شبیه‌سازی‌های جدید و اطلاعات به‌دست‌آمده، می‌توانیم به درک بهتری از سیاه‌چاله‌ها و رویدادهای اختلال جزر و مدی دست یابیم. این تحقیقات نه تنها به ما کمک می‌کنند تا بیشتر درباره دنیای هیجان‌انگیز نجوم بیاموزیم، بلکه باعث می‌شوند که سوالات بیشتری در ذهن ما شکل گیرد.
اگر علاقمند به یادگیری در مورد دنیای شگفت‌انگیز نجوم و سیاه‌چاله‌ها هستید، همین حالا از ما حمایت کنید و مطالب دیگر ما را دنبال کنید. شما می‌توانید با ما در ارتقاء علم و دانش ارتباط برقرار کنید!
سوالات متداول:
- تأثیر سیاه‌چاله‌ها بر کهکشان‌ها چیست؟
سیاه‌چاله‌ها می‌توانند با کشف موادی از ستاره‌ها و تأثیر بر گرانش کهکشان، تأثیر زیادی بر تشکیل و تکامل کهکشان‌ها داشته باشند. - چگونه می‌توان شبیه‌سازی‌های نجومی را اجرا کرد؟
بسیاری از دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی شبیه‌سازهای نجومی را برای پژوهش‌های خود استفاده می‌کنند و می‌توانید با پیوستن به برنامه‌های آموزشی یا دوره‌های مرتبط نیز در این زمینه پیشرفت کنید. - چرا رویدادهای اختلال جزر و مدی مهم هستند؟
این رویدادها به ما کمک می‌کنند تا درک بهتری از نیروهای گرانشی و سیر کیهانی داشته باشیم و به محققان در درک ساختار کهکشان‌ها کمک می‌کنند.
اگر سوال یا نظری دارید یا می‌خواهید در مورد موضوعات خاص نجومی بیشتر بدانید، خوشحال می‌شویم که با ما ارتباط برقرار کنید!
