برای اولین بار در کهکشان راه شیری سیاهچالهای کشف شده که منفرد و در فضا سرگردان است. سیاهچاله‌هایی که تاکنون در راه شیری کشف کرده‌ایم همگی در محلی قرار داشته‌اند که پیدا کردن آنها را نسبتا آسان می‌کرده.
به گزارش اورانوس از عرت‌اسکای، اکنون به خوبی شناخته شده است که سیاهچاله‌های بسیار پرجرم در مراکز کهکشان‌ها، از جمله راه شیری خودمان، رایج هستند. جرم آنها میلیون‌ها یا میلیاردها برابر خورشید ماست. همچنین توانسته‌ایم سیاهچاله‌هایی را با جرمی چند برابر خورشید در سیستم‌های دوتایی، جایی که سیاهچاله در حال بیرون کشیدن مواد از جرم همدم است، تشخیص دهیم. اما در مورد سیاهچاله‌های منفرد چطور؟ دانشمندان تصور می‌کنند سیاهچاله‌های منفرد وجود دارند. آنها محاسبه کرده‌اند که ممکن است میلیون‌ها یا بیشتر از این نوع سیاهچاله در کهکشان ما وجود داشته باشد. از آنجا که آنها منفرد هستند – نه اینکه جرم را از همدم خود بیرون بکشند – کشف آنها بسیار سخت است. اما در 15 بهمن 1400، ستاره‌شناسان اعلام کردند که یکی از این سیاهچاله های منفرد را کشف کرده‌اند.
گروه بین‌المللی ستاره‌شناسان توسط کایلاش ساهو از موسسه علمی تلسکوپ فضایی در بالتیمور مریلند رهبری می‌شد. سیاهچاله سرگردان MOA-11-191/OGLE-11-0462 نام دارد و در حال حاضر حدود 5200 سال نوری از زمین فاصله دارد. این همان چیزی است که سیاهچاله با جرم ستاره‌ای نامیده می‌شود، سیاهچالهای که حاوی جرم بحرانی (حداقل چند برابر جرم خورشید ما) است که برای ایجاد ستاره‌ای معمولی برای فروپاشی به سیاهچاله لازم است.
محققان پیش چاپی از مطالعه خود را در 11 بهمن 1400 بر روی arXiv منتشر کردند. همانطور که در مقاله آمده است:
ما اولین تشخیص و اندازه‌گیری جرم سیاهچالهای منفرد با جرم ستاره‌ای را گزارش می‌کنیم.
کشف سیاهچاله منفرد آسان نبود
اگرچه دانشمندان تصور می‌کردند که آنها وجود دارند، اما کشف سیاهچاله منفرد با جرم ستاره‌ای آسان نیست. این تا حد زیادی به این دلیل است که آنها اساساً در پس زمینه فضا نامرئی هستند. پس چرا دانشمندان اینقدر مطمئن بودند؟ به طور کلی، زیرا تحقیقات دیگر نشان می‌دهد که سیاهچالهها اغلب تمایل دارند زمانی که ستاره‌ها می‌میرند، فرو می‌رمبند و به ابرنواختر تبدیل می‌شوند، بوجود بیایند. ابرنواخترها رایج هستند. بنابراین، در نتیجه باید سیاهچاله‌های زیادی وجود داشته باشد که آزادانه در میان کهکشان ما شناور هستند.
استفاده از ریزعدسی برای یافتن سیاهچالهها
بنابراین، از آنجایی که طبیعتاً دیدن این سیاهچالهها بسیار سخت است، دانشمندان چگونه به دنبال آنها می‌گردند؟ آنها از تکنیکی به نام ریزعدسی گرانشی استفاده می‌کنند که در آن نوری که از ستاره‌ها می‌آید توسط گرانش عظیم سیاهچاله خم می‌شود. حتی با این وجود، با توجه به فواصل، انجام این کار آسان نیست. اثر ریزعدسی نور را خم می‌کند و همچنین آن را بزرگ می‌کند، مانند نگاه کردن به جسمی با ذره بین.
سپس، در سال 1390، اخترشناسان دقیقاً چنین رویداد ریزعدسی را شناسایی کردند که ممکن است توسط سیاهچاله ایجاد شود. با این حال، تأیید یا عدم تأیید آن زمان می‌برد. آنها نور ستاره را در هشت نوبت، طی شش سال، با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل رصد کردند. آنها دیدند که نور با گذشت زمان تغییر کرد، اما این همه ماجرا نبود. خود ستاره انگار حرکت کرده بود.
بهترین توضیح سیاهچاله برای رویداد ریزعدسی در سال 2011
چگونه این را توضیح دهیم؟ محققان تشخیص دادند که از دید ما باید جسم دیگری در حال حرکت باشد و نور ستاره را در حین عبور از آن خم کند. آنها بر اساس دو مدرک به این نتیجه رسیدند که این جرم باید سیاهچاله باشد. اولاً هیچ نوری از ریزعدسی نشات نمی‌گرفت و دوم اینکه خمش یا بزرگ‌نمایی نور ستاره مدت زیادی طول کشید، حدود ۲۷۰ روز. این به سیاهچاله اشاره کرد که مسئول رویداد ریزعدسی است.
همانطور که محققان اشاره کردند:
ما نشان می‌دهیم که عدسی نور قابل تشخیصی از خود ساطع نمی‌کند، که این دلیل همراه با داشتن جرمی بالاتر از حد ممکن برای کوتوله‌های سفید یا ستاره‌های نوترونی، ماهیت سیاهچاله بودن آن را تأیید می‌کند.
این سیاهچاله‌ی منفرد، کوچک و سریع است
محققان جرم سیاهچاله را 7.1 برابر خورشید تخمین زدند. بنابراین، افق رویداد آن – مرزی که منطقه‌ای از فضا را در اطراف سیاهچاله مشخص می‌کند که هیچ چیز (حتی نور) نمی‌تواند از آن فرار کند – حدود 42 کیلومتر خواهد بود. این سیاهچالهای واقعا کوچک در مقایسه با هیولای مرکز کهکشان ما است. همچنین “سرگردان” بسیار سریع است، حدود 45 کیلومتر در ثانیه.
دانشمندان می‌گویند که ممکن است پس از انفجار ستاره قبلی آن به فضا پرتاب شده باشد. به این معنی است که سیاهچاله اکنون به تنهایی در فضای بین ستاره‌ای بدون هیچ همراهی می‌گردد. گاهی اوقات با ابرنواخترها، می‌توان هسته مرده باقی مانده ستاره را به فضا پرتاب کرد. ستاره کوتوله سفید LP 40-365 و تپ اختر PSR J0002+6216 دو نمونه شناخته شده از این موضوع هستند.
سیاهچاله منفرد در کهکشانی دیگر
اگرچه این اولین سیاهچاله شناور آزاد کشف شده در کهکشان راه شیری است، دانشمندان شواهدی از آنها قبلا نیز پیدا کرده بودند. یعنی سیاهچاله‌های سرگردان در کهکشان‌های دیگر. در سال 1395، دانشمندان از کشف سیاهچالهای سرگردان به نام XJ1417+52 خبر دادند. این جرم در لبه کهکشانی عدسی شکل در فاصله 4.5 میلیارد سال نوری از زمین یافت شد.
برای شناسایی این جرم از رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا و رصدخانه پرتو ایکس XMM-Newton ESA استفاده شد. کهکشان والد جرم SDSS J141711.07+522540.8 یا به اختصار GJ1417+52 نام دارد. جرم سیاهچاله احتمالی صد هزار برابر خورشید ما تخمین زده می‌شود.
13 سیاهچاله عظیم در کهکشان های کوتوله
چند سال بعد، در سال 1399، ستاره‌شناسان گفتند که 13 سیاهچاله عظیم را در برخی دیگر از کهکشان‌های کوتوله پیدا کردند. در حالی که برخی از سیاهچالهها در مرکز کهکشان‌هایشان قرار داشتند، اما حدود نیمی از آنها چنین نبودند. در عوض به نظر می‌رسید که در حومه کهکشان‌هایشان سرگردان هستند.
این سیاهچالهها 400 هزار برابر خورشید جرم دارند.
خط پایانی: برای اولین بار، اخترشناسان می‌گویند که سیاهچالهای منفرد و سرگردان را در کهکشان ما پیدا کرده‌اند. جرم آن 7.1 برابر خورشید است و 5200 سال نوری از ما فاصله دارد. در حالی که سایر کهکشان‌ها قبلاً در دیگر کهکشان‌ها شناسایی شده‌اند، این اولین سیاهچالهای از این نوع است که در کهکشان راه شیری ما شناسایی شده است.
