درک بهتر سیاه‌چاله‌ها با کشف ۱۰۰ «بلیزر»

به گزارش گروه دانش و فناوری، ستاره‌شناسان در حال استفاده از ۱۰۰ سیاه‌چاله کلان‌جرم تازه کشف شده به عنوان آزمایشگاهی برای آزمایش‌های فیزیک پرتنش هستند.

این ابرسیاه‌چاله‌ها به دلیل این که فواره‌های انفجاری متشکل از ماده و تشعشع را مستقیماً به سمت زمین پرتاب می‌کنند، بلیزر (blazar) نامیده می‌شوند.

یک بلیزر یک اختروش بسیار فشرده مرتبط با احتمالاً یک ابرسیاه‌چاله در مرکز یک کهکشان بیضوی بسیار بزرگ و فعال است. بلیزرها در میان پر انرژی‌ترین پدیده‌ها در جهان و یک موضوع مهم در اخترشناسی فراکهکشانی هستند. بیلزرها اعضای یک گروه بزرگتر از کهکشان‌های فعال هستند که میزبان هسته کهکشانی فعال (AGN) هستند.

اختروَش یا کوازار (Quasar) نیز یک هسته‌ فعال به شدت نورانی و دوردست است که وابسته به یک کهکشان جوان است. آن‌ها در رده یک کلاس از اشیا به نام هسته کهکشانی فعال قرار دارند.

آبه فالکون، رهبر گروه اخترفیزیک پرانرژی در دانشگاه ایالتی پِن می‌گوید: محیط‌های پرتنش سیاه‌چاله‌ها برای آزمایش فیزیک در مرز علم، عالی هستند. آن‌ها فرصت‌هایی را برای مطالعه نظریه‌های نسبیت، درک بهتر نحوه رفتار ذرات در انرژی‌های بالا، مطالعه منابع بالقوه پرتوهای کیهانی که به اینجا بر روی زمین می‌رسند و مطالعه تکامل و تشکیل سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و فواره‌های آن‌ها در اختیار ما قرار می‌دهند.

بلیزرها زمانی شلیک می‌شوند که مقداری از مواد اطراف یک ابرسیاه‌چاله به سطح آن مکیده نمی‌شود، اما در عوض با سرعتی نزدیک به سرعت نور به سمت قطب‌های سیاه‌چاله می‌رود. از آنجایی که فعالیت فواره مستقیماً با نحوه جمع‌آوری جرم ابرسیاه‌چاله‌ها مرتبط است، آشکارسازی این پدیده می‌تواند نشان دهد که چگونه این غول‌های کیهانی تا جرمی معادل میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر خورشید رشد می‌کنند.

استفان کربی، دانشجوی کارشناسی ارشد نجوم و اخترفیزیک و یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: از آنجایی که فواره‌ یک بلیزر مستقیماً به سمت ما نشانه می‌رود، می‌توانیم تشکیل آنها را از فاصله بسیار دورتری نسبت به سایر سامانه‌های سیاه‌چاله‌ای ببینیم، شبیه به اینکه وقتی مستقیماً به یک چراغ قوه نگاه می‌کنید، در درخشان‌ترین حالت خود ظاهر می‌شود.

وی افزود: مطالعه بلیزرها هیجان‌انگیز است، زیرا ویژگی‌های آن‌ها به ما اجازه می‌دهد به سوال‌هایی درباره ابرسیاه‌چاله‌ها در سراسر جهان پاسخ دهیم.

این گروه پژوهشی بلیزرهای جدید را در حالی پیدا کردند که با تلسکوپ به تشعشعات کیهانی پرانرژی طبقه‌بندی نشده نگاه می‌کردند. این بلیزرهای تازه شناسایی‌شده در مقایسه با نمونه‌های معمولی از این اجرام کیهانی قدرتمند، کم‌نور هستند که اغلب می‌توانند از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان میزبان آن‌ها فراتر بروند.

بلیزرهای کم‌نور به گروه اجازه دادند تا یک نظریه بحث‌برانگیز پیرامون انتشار بلیزرها به نام «توالی بلیزر» را آزمایش کنند.

بلیزرها در سراسر طیف الکترومغناطیسی، از نور کم انرژی مانند امواج رادیویی تا پرتوهای گامای بسیار پرانرژی، نور ساطع می‌کنند. طیف نور بلیزرها در دو طول موج خاص به حداکثر می‌رسد: در طول موج‌های پرتوی گاما و در طیفی از طول موج‌های کم انرژی. ضمن این که طول موج دقیق این حداکثرها از بلیزری به بلیزر دیگر متفاوت است و می‌تواند در طول زمان تغییر کند.

نظریه توالی بلیزر پیش‌بینی می‌کند که اوج انرژی پایین‌تر برای بلیزرهای روشن نسبت به بلیزرهای کم‌نور، بیشتر به سمت سرخ (یا انتهای انرژی پایین) طیف الکترومغناطیسی خواهد بود. با این حال، انجام مشاهدات برای تأیید این نظریه دشوار است.

در واقع تشخیص و طبقه‌بندی بلیزرهای سرخ با تلسکوپ‌هایی که در حال حاضر در حال کار هستند، بسیار دشوار است. در حالی که یافتن این بلیزرها زمانی که اوج آن‌ها در انرژی‌های بالاتر است یا زمانی که روشن هستند، بسیار آسان‌تر است.

اکنون پژوهش‌های جدید با هدف شروع کاوش در توالی بلیزر با کاوش در درخشندگی‌های پایین‌تر بلیزرهای کم‌انرژی و پرانرژی آغاز شده است.

این گروه به فهرستی از منابع پرتوی گاما که توسط تلسکوپ فضایی پرتوی گامای فِرمی شناسایی شده بود، نگاهی انداخت و تابش‌های پرانرژی را یافت که هنوز با یک اوج کم‌انرژی از همان منبع مرتبط نشده بود. اخترشناسان به ازای هر تابشی که در پرتوهای گاما دیده می‌شود، یک تشعشع مشابه در پرتوی ایکس، نور فرابنفش یا نور مرئی که توسط رصدخانه نیل گرلز سویفت (Neil Gehrels Swift) شناسایی شده بود، یافتند.

دریافت اطلاعات از بایگانی این تلسکوپ به پژوهشگران کمک کرد تا نور ۱۰۶ بلیزر کم‌نور جدید را مشاهده و شناسایی کنند.

کربی توضیح داد: مشاهدات تلسکوپ سوئیفت به ما این امکان را داد که موقعیت این بلیزرها را با دقت بسیار بیشتری نسبت به تکیه بر داده‌های تلسکوپ فرمی به تنهایی مشخص کنیم. گردآوری تمام این داده‌ها همراه با دو رویکرد فنی جدید به ما کمک کرد تا بفهمیم اوج انرژیِ کم در کجای طیف الکترومغناطیسی برای هر یک از بلیزرها رخ می‌دهد.

فناوری یادگیری ماشینی (شکلی از هوش مصنوعی) برای کمک به جستجو و مدل‌سازی فیزیکی بود که تأیید کرد نمونه‌های کم‌نور معمولاً در نور آبی و با انرژی بالاتر به اوج می‌رسند.

در ادامه، این گروه سعی خواهد کرد با استفاده از این مجموعه داده‌ها، پیش‌بینی‌هایی درباره بلیزرهایی انجام دهد که هنوز برای ستاره‌شناسان و شناسایی مستقیم، کم‌نور هستند.

کربی می‌گوید: هنوز هزاران منبع از داده‌های فرمی وجود دارد که ما هیچ همتای پرتوی ایکس برای آنها پیدا نکرده‌ایم و این یک فرض کاملا محتمل است که بسیاری از این منابع نیز بلیزرهایی هستند که در پرتوی ایکس بسیار کم‌نور هستند و نمی‌توانیم آنها را تشخیص دهیم.

پژوهش‌های آینده می‌تواند به پژوهشگران اجازه دهد تا توالی بلیزر را نیز بیشتر آزمایش کنند. کربی می‌گوید پژوهش جدید همچنین می‌تواند قدرت میدان مغناطیسی یک فوران بلیزر و سرعت حرکت ذرات باردار درون آن را نشان دهد.

وی افزود: این مهم است که همیشه برای گسترش مجموعه داده‌هایمان تلاش کنیم تا به منابع کم‌نورتر و کم‌نورتر برسیم، زیرا این امر باعث می‌شود نظریه‌های ما کامل‌تر و کمتر مستعد شکست ناشی از سوگیری‌های غیرمنتظره شوند. من به شخصه برای تلسکوپ‌های جدید و کاوش در بلیزرهای حتی کم‌نورتر در آینده هیجان‌زده هستم.

پژوهش‌های این گروه برای انتشار در مجله Astrophysical پذیرفته شده و در پایگاه پیش‌چاپ arXiv منتشر شده است.

انتهای پیام