سیاهچاله عظیم در حال انفجار، پرتوهای گاما را با قدرتی میلیاردها برابر نور مرئی منتشر میکند
در سال ۲۰۱۹، دنیا با اولین تصویر از یک سیاهچاله، که توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT) ایجاد شد، مجذوب شد.
این تصویر تأثیرگذار سیاهچاله فوقجرم در مرکز کهکشان M87 را نشان داد که در صورت فلکی دوشیزه قرار دارد.
اکنون، این سیاهچاله همانطور که در حال جذب دانشمندان با یک فوران فوقالعاده پرتوهای گاما است، فوتونهایی را منتشر میکند که صدها میلیارد بار قویتر از نور مرئی هستند.
این درخشش شدید که بیش از یک دهه مشاهده نشده بود، به محققان کمک میکند تا دریابند چطور ذراتی مانند الکترونها و پوزیترونها در شرایط شدید اطراف سیاهچالهها به چنین سطوح انرژی بالایی میرسند.
اولین سیاهچاله عکسبرداری شده
سیاهچاله در M87 کوچک نیست؛ بلکه جریانی تولید میکند که هفت مرتبه بزرگتر از افق رویداد یا مرز سطحی واقعی سیاهچاله است.
این انفجار اخیر از تشعشعات با انرژی بالا سطوح معمولی آشکار شده توسط تلسکوپهای رادیویی اطراف سیاهچاله را پشت سر گذاشت و حدود سه روز به طول انجامید.
به طرز قابل توجهی، این فوران از فضایی کمتر از سه روز نور عرض ظاهر شد که معادل کمی کمتر از ۱۵ میلیارد مایل است.
پرتوهای گاما، که بستههای انرژی الکترومغناطیسی به نام فوتونها هستند، بالاترین طول موج انرژی در طیف الکترومغناطیسی کهکشان را نشان میدهند.
آنها معمولاً در مکانهای داغ و پرانرژیترین در کیهان تولید میشوند، مانند جایی که سیاهچالهها وجود دارند.
در مورد فوران M87، پرتوهای گاما به سطوح انرژی چندین ترانوولت رسیدند، که اندازه عظیمی از انرژی است که عموماً برای ذرات زیراتمی محفوظ است.
برای مقایسه، این سطح انرژی مشابه انرژی توليدی توسط پشهای در پرواز است، اما به سمت ذراتی با تریلیونها بار کوچکتر هدایت میشود.
با ورود ماده به سیاهچاله، یک دیسک تجمع ایجاد میکند، تودهای چرخشی از ذرات که به دلیل از دست دادن انرژی گرانشی شتاب میگیرند.
برخی ذرات از قطبهای سیاهچاله به عنوان جتهای قدرتمند به دلیل میدانهای مغناطیسی شدید دفع میشوند.
این فرآیند پرهرج و مرج میتواند منجر به انفجارات ناگهانی انرژی شود، اما چالش همچنان وجود دارد که پرتوهای گاما نمیتوانند به سطح زمین برسند.
با این حال، حدود هفتاد سال پیش، فیزیکدانان کشف کردند که میتوانند پرتوهای گاما را به طور غیرمستقیم با مشاهده تشعشعات ثانویه که هنگام برخورد این پرتوها با جو ایجاد میشود، شناسایی کنند.
پرتوهای گاما
ویدانگ جین، محقق پسادکتری در UCLA و نویسنده اصلی یک مطالعه مهم انتشار یافته در Astronomy & Astrophysics، از علاقه مداوم به فرایندهای شتاب ذرات در نزدیکی سیاهچالهها صحبت کرد.
او گفت: "ذرات به شدت پرانرژی هستند و با سرعتهایی نزدیک به سرعت نور حرکت میکنند و ما هدفمان کشف چگونگی و مکان به دست آوردن این انرژی است."
تحقیق ارائه شده، جزئیات طیفی جمعآوریشده از M87 و مدلسازی را که درک ما از این فرآیندها را بهبود میبخشد، ارائه میدهد.
جین در تحلیل پرانرژیترین بخش از دادهها نقش اساسی داشت، به ویژه پرتوهای گامای با انرژی بسیار بالا که با VERITAS، یک رصدخانه پرتو گامای زمینی واقع در رصدخانه فرد لاورنس ویپبل در جنوب آریزونا، جمعآوری شد.
UCLA نقش کلیدی در توسعه VERITAS داشت، از الکترونیکی که مشاهدات تلسکوپ را فرآیند میکند تا نرمافزاری برای تحلیل دادهها و شبیهسازی عملکرد.
این کار دقیق امکان شناسایی فوران را از طریق تغییرات نورانیت قابلتوجه فراهم کرد که نشاندهنده انحراف مهمی از مشاهدات قبلی بود.
علاوه بر VERITAS، بیش از دو دوجین از رصدخانههای پیشرو زمینی و فضایی در یک کمپین طولموج چندگانه با EHT در سال ۲۰۱۸ شرکت کردند.
این شامل NASA's Fermi-LAT، تلسکوپ فضایی هابل، NuSTAR و تلسکوپهای چاندرا و سوئیفت، بههمراه سه حزب از بزرگترین آرایههای تلسکوپ تصویرسازی چرنکوف جوی در جهان: VERITAS، H.E.S.S. و MAGIC بود.
این امکانات میتوانند فوتونهای پرتو ایکس و همچنین پرتوهای گامای پرانرژی را شناسایی کنند.
یکی از مجموعه دادههای بحرانی تحلیل شده در مطالعه، توزیع انرژی طیفی است.
جین توضیح داد: "این طیف نشان میدهد که چگونه انرژی از موجودات نجومی مانند M87 در طولموجهای مختلف نور توزیع میشود."
او افزود: "این شبیه به ایجاد یک رنگینکمان و اندازهگیری انرژی در هر رنگ است."
این تحلیل نقش مهمی در آشکارسازی مکانیزمهای محرک شتاب ذرات پرانرژی در جت سیاهچاله فوقجرم دارد.
نویسندگان همچنین به نوسان جالب مکان و زاویه افق رویداد سیاهچاله و جت آن اشاره کردند که رابطهای بینظیر بین ذرات و افق رویداد در مقیاسهای مختلف را پیشنهاد میکند.
جین در پایان نتیجهگیری کرد: "سیاهچاله M87 دارای یک جت با قطبیت دوقلو است که هزاران سال نوری از هسته آن کشیده شده است. این مطالعه فرصت نادری برای تحقیق بیشتر در مورد مبدا این پدیدهها فراهم میکند."