سیاه‌چاله کهکشان راه شیری می‌چرخد و فضا-زمان پیرامونش را خم می‌کند

ایتنا - بررسی جدید دانشمندان نشان می‌دهد که سیاه‌چاله کلان‌جرم واقع در مرکز کهکشان راه شیری ما به نام «کمان اِی‌*» (*Sagittarius A) به‌سرعت در حال چرخش است و ساختار فضا-زمان پیرامونش را تغییر می‌دهد.

تیمی از فیزیک‌دانان با استفاده از رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا، که برای شناسایی تابش پرتو ایکس در گیتی طراحی شده است، به مشاهده سیاه‌چاله کلان‌جرم «کمان اِی‌*» پرداختند. این سیاه‌چاله عظیم، با جرمی در حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید، در فاصله ۲۶ هزار سال نوری از زمین واقع شده است. با وجود دانش بسیاری که از این سیاه‌چاله به دست آورده‌ایم، همچنان برایمان بسیار رازآلود و اسرارآمیز است.

بر اساس مطالعه‌ای که یافته‌هایش روز ۲۱ اکتبر (۲۹ مهر) در مجله علمی «اطلاعیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم» (MNRAS) منتشر شده است، دانشمندان با بهره‌گیری از روشی که به آن «روش برون‏‌شارش» می‌گویند موفق شدند سرعت چرخش سیاه‌چاله «کمان اِی‌*» را محاسبه کنند. در این روش، امواج رادیویی و گسیل‌های پرتو ایکس که در مواد و گاز اطراف سیاه‌چاله، یعنی در «قرص برافزایشی» یافت می‌شود، بررسی می‌شود.

پژوهشگران در این مقاله این موضوع را تایید کردند که سیاه‌چاله واقع در مرکز کهکشان ما در حال چرخش است و این سبب ایجاد پدیده‌ای به نام «اثر لنز-تیرینگ» می‌شود.

بر اساس این پدیده، که به افتخار جوزف لنز و هانس تیرینگ نام‌گذاری شده است، سیاه‌چاله‌ها با چرخش‌شان تار و پود فضا-زمان را نیز خم می‌کنند.

روت دالی، سرپرست این تیم پژوهشی و استاد فیزیک دانشگاه ایالتی پن، که بیش از یک دهه پیش روش برون‌شارش را طراحی کرده است، می‌گوید که اثر لنز-تیرینگ، که با نام «اثر کشش چهارچوب» نیز شناخته می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که یک سیاه‌چاله همراه با چرخشش فضا-زمان را نیز می‌کِشد.

از زمان ابداع این روش، دالی از آن برای تعیین سرعت چرخش سیاه‌چاله‌های متعددی استفاده ‌کرده است. او در یک بررسی در سال ۲۰۱۹، بیش از ۷۵۰ سیاه‌چاله کلان‌جرم را کاویده است.

به گفته او، سیاه‌چاله واقع در مرکز کهکشان راه‌ شیری ساختار فضا و زمان پیرامونش را به‌طرز چشمگیری تغییر داده است. او می‌گوید: «عادت کرده‌ایم دنیایی را تصور کنیم و در جهانی زندگی کنیم که در آن، همه ابعاد فضایی برابرند- فاصله تا سقف و فاصله تا دیوار و فاصله تا کف همه آن‌ها خطی‌اند.» اما دالی می‌گوید در واقع این گونه نیست و ساختار فضا و زمان در مجاورت سیاه‌چاله به هم می‌ریزد.

او می‌گوید که فضا-زمان در اطراف سیاه‌چاله‌ای که به‌سرعت در حال چرخش است متقارن نیست. سیاه‌چاله در حال چرخش تمام تار و پود فضا-زمان پیرامونش را با خود می‌کِشد و آن را خم می‌کند.

به گفته دالی، البته این تغییر در ساختار فضا-زمان پیرامون سیاه‌چاله کمان‌ ای‌* برای ما جای نگرانی ندارد، اما توضیح این پدیده شاید برای ستاره‌شناسان بسیار مفید باشد.

دالی می‌گوید این روش ابزار بسیار کارایی است برای درک نقشی که سیاه‌چاله‌ها در شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها ایفا می‌کنند. به گفته او، این واقعیت که سیاه‌چاله‌‌ها پدیده‌هایی دینامیکی‌اند که می‌توانند بچرخند و بر کهکشان میزبانشان اثر بگذارند بسیار هیجان‌انگیز و جالب است.

دانشمندان برای توصیف چرخش سیاه‌چاله‌های از معیار صفر تا یک استفاده می‌کنند. صفر به این معنی است که سیاه‌چاله در حال چرخش نیست و یک حداکثر مقدار چرخش است. دالی می‌گوید پیش از این هیچ اتفاق‌نظری در خصوص میزان چرخش سیاه‌چاله‌ کمان ای‌* وجود نداشت. از این رو، روش برون‌شارش تنها روشی است که در آن از اطلاعات خروجی و مواد پیرامونی سیاه‌چاله استفاده می‌شود تا بتوان سرعت چرخش را محاسبه کرد.

دالی می‌گوید اندازه حرکت زاویه‌ای چرخشی سیاه‌چاله کهکشان راه شیری بین ۰.۸۴ تا ۰.۹۶ است. این در حالی است که سیاه‌چاله «ام‌۸۷*» در خوشه سنبله، در فاصله ۵۵ میلیون سالی از زمین، با مقدار یک (با در نظر گرفتن عدم قطعیت بزرگ‌تر مثبت یا منفی ۰.۲) می‌چرخد. این میزان، با در نظر گرفتن جرم این سیاه‌چاله، نزدیک به حداکثر میزان چرخش محسوب می‌شود.

به گفته دالی، جرم ام‌۸۷* به‌مراتب بیشتر از جرم کمان‌ ای‌* است. از این رو، در هر چرخش ام‌۸۷*، سیاه‌چاله کهکشان ما دفعات بیشتری می‌چرخد.

دالی توضیح می‌دهد اینکه سیاه‌چاله کهکشان ما، یعنی کمان‌ ای‌*، بسیار بیشتر می‌چرخد، به این دلیل نیست که گشتاور زاویه‌ای چرخشی بیشتری دارد، بلکه به این دلیل است که در هر دور چرخش، مسافت کمتری برای طی کردن دارد.

سیاه‌چاله‌ها و تاریخ کهکشان‌ها
دانشمندان می‌گویند دانستن جرم و سرعت چرخش یک سیاه‌چاله به ستاره‌شناسان کمک می‌کند دریابند آن سیاه‌چاله احتمالا چگونه شکل گرفته و تکامل یافته است. در واقع، سیاه‌چاله‌هایی که در نتیجه ادغام سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر به وجود آمده‌اند معمولا سرعت چرخش کمتری دارند. اما سیاه‌چاله‌ای که در اثر برافزایش گازهای پیرامونی ساخته شده باشد، سرعت چرخش زیادی دارد.

از این رو، بر اساس سرعت چرخش سیاه‌چاله کمان ای‌*، یعنی سیاه‌چاله واقع در مرکز کهکشان راه شیری، می‌توان گفت که بخش بزرگی از جرم سیاه‌چاله ما ناشی از برافزایش است.

به گفته دانشمندان، این پرسش که آیا سیاه‌چاله مرکز کهکشان ما می‌چرخد یا نه، یا با چه سرعتی می‌چرخد، بسیار مهم است. ما در نهایت می‌خواهیم ویژگی‌های مرکز کهکشان راه شیری را تا حد امکان بررسی کنیم تا بتوانیم اطلاعات بیشتری درباره تاریخچه و ساختار آن به دست آوریم و در عین حال، نظریه‌هایمان را بیازماییم و حتی چه‌بسا از وجود ساختارهای فرضی بسیار جالب و جذابی مانند کر‌م‌چاله‌ها نیز سر در آوریم.