بیداری ناگهانی سیاه‌چاله Ansky با فوران‌های مرموز پرتو ایکس

1

یک سیاه‌چاله که دهه‌ها در سکوت به‌سر می‌برد، ناگهان با درخششی خیره‌کننده از نور پرتو ایکس فوران کرد و دانشمندان را شگفت‌زده ساخت. این پدیده‌ی نادر، دریچه‌ای کم‌سابقه برای مشاهده یکی از افراطی‌ترین پدیده‌های جهان هستی گشود.

سیاه‌چاله “Ansky” در مرکز کهکشانی دوردست

این سیاه‌چاله با نام “Ansky”، در قلب کهکشان SDSS1335+0728 واقع شده که حدود ۳۰۰ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد و در صورت فلکی سنبله (Virgo) جای گرفته است.

همکاری جهانی برای رصد فعالیت سیاه‌چاله

دانشمندان رصدخانه جنوبی اروپا و دانشگاه والپارایسو در شیلی با استفاده از تلسکوپ‌های پرتو ایکس، فعالیت غیرمعمول این سیاه‌چاله را زیر نظر گرفته‌اند. این پژوهش با پشتیبانی رصدخانه XMM-Newton متعلق به آژانس فضایی اروپا انجام می‌شود و ناسا نیز با تلسکوپ‌های NICER، Chandra و Swift در این همکاری جهانی نقش دارد.

سکوت شکسته: آغاز فعالیت سیاه‌چاله

دوران خاموشی

برخلاف شهرت سیاه‌چاله‌ها به بلعیدن همه‌چیز، آن‌ها می‌توانند برای مدتی طولانی خاموش و بدون فعالیت باقی بمانند. این حالت برای سیاه‌چاله‌ی موجود در مرکز SDSS1335+0728 نیز صادق بود — تا اواخر سال ۲۰۱۹.

نشانه‌های اولیه فعالیت

در آن زمان، کهکشان موردنظر به‌طور غیرمنتظره‌ای در نور مرئی درخشان شد. این اتفاق باعث شد ستاره‌شناسان به سراغ داده‌های آرشیوی بروند و مشاهدات جدیدی را آغاز کنند.

پائولا سانچز سائز، پژوهشگر رصدخانه جنوبی اروپا و رهبر تیم تحقیقاتی، گفت:
«وقتی اولین بار در تصاویر نوری متوجه درخشش Ansky شدیم، بلافاصله از تلسکوپ پرتو ایکس Swift ناسا برای مشاهده استفاده کردیم. همچنین داده‌های آرشیوی تلسکوپ eROSITA را بررسی کردیم اما آن زمان هیچ نشانه‌ای از تابش پرتو ایکس نیافتیم.»

تولد یک هسته‌ فعال کهکشانی

در حال حاضر، این سیاه‌چاله به‌عنوان یک هسته فعال کهکشانی (AGN) طبقه‌بندی شده و در حال تولید فوران‌های شدید پرتو ایکس است که تقریباً به‌صورت منظم تکرار می‌شوند.

مشاهده یک پدیده نادر: فوران‌های شبه‌دوره‌ای

آغاز درخشش‌های منظم

در فوریه ۲۰۲۴، دانشمندان دانشگاه والپارایسو موفق به شناسایی فوران‌های منظم پرتو ایکس از این سیاه‌چاله شدند.

این فوران‌ها که با نام فوران‌های شبه‌دوره‌ای (QPE) شناخته می‌شوند، نوعی از درخشش‌های گذرای پرتو ایکس با انرژی بالا هستند که در یک الگوی تکرارشونده ظاهر و ناپدید می‌شوند.

لورنا هرناندز-گارثیا، پژوهشگر این دانشگاه، توضیح داد:
«این رخداد نادر فرصتی استثنایی برای مشاهده رفتار یک سیاه‌چاله در زمان واقعی فراهم کرده است. تلسکوپ‌های XMM-Newton و NICER، Chandra و Swift ناسا در این مشاهده نقش کلیدی دارند.»

اولین بار برای یک سیاه‌چاله بیدارشده

«فوران‌های QPE پدیده‌هایی کوتاه‌مدت هستند و این اولین بار است که چنین پدیده‌ای را در سیاه‌چاله‌ای در حال بیدار شدن مشاهده می‌کنیم.»

پرتوهای کم‌نور و رازآلود

تعداد اندک و ناشناخته بودن QPE

از زمان کشف نخستین QPE در سال ۲۰۱۹، تنها چند مورد دیگر ثبت شده است و دلیل بروز آن‌ها همچنان مبهم باقی مانده است.

هرناندز-گارثیا گفت:
«مطالعه‌ی Ansky به ما کمک خواهد کرد تا سیاه‌چاله‌ها و فرگشت آن‌ها را بهتر درک کنیم.»

نقش کلیدی XMM-Newton

در بین همه‌ی ابزارهای موجود، تلسکوپ XMM-Newton توانایی منحصربه‌فردی در تشخیص نور پس‌زمینه‌ی کم‌فروغ بین فوران‌ها دارد.

«با کمک XMM-Newton توانستیم اندازه‌گیری کنیم که Ansky چقدر کم‌نور می‌شود و از این طریق میزان انرژی آزادشده هنگام درخشش آن را محاسبه کردیم.»

علت پرتوهای ایکس چیست؟

مدل‌های رایج

در حالت معمول، وقتی سیاه‌چاله ماده‌ای مانند گاز یا ستاره‌ای را به دام می‌اندازد، آن را به دیسکی دوار و درخشان به نام دیسک برافزایشی تبدیل می‌کند.
برخی QPEها به تعامل میان این دیسک و جرمی نزدیک مانند یک ستاره‌ی کوچک یا سیاه‌چاله‌ی دیگر نسبت داده می‌شوند.

اما Ansky متفاوت است

تا کنون نشانه‌ای از بلعیدن یک ستاره توسط Ansky مشاهده نشده است. این امر باعث شده پژوهشگران به سناریویی متفاوت بیندیشند: شاید این سیاه‌چاله در حال جذب گاز اطراف خود باشد.

جرم کوچکی که در این گاز حرکت می‌کند ممکن است به‌صورت مکرر اختلالاتی ایجاد کند و شوک‌هایی تولید کند که باعث بروز فوران‌های پرتو ایکس شوند.

چالش برای نظریه‌های موجود

جوهین چاکرابورتی، دانشجوی دکتری مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، اظهار داشت:
«فوران‌های پرتو ایکس از این سیاه‌چاله، ده برابر طولانی‌تر و درخشان‌تر از فوران‌های QPE معمولی هستند.»

«هرکدام از این فوران‌ها صد برابر بیشتر از موارد مشابه انرژی آزاد می‌کنند و دوره‌ی تکرار آن‌ها نیز حدود ۴.۵ روز است که بلندترین دوره‌ی ثبت‌شده تاکنون به‌شمار می‌رود.»

این یافته‌ها مرزهای مدل‌های فعلی را به چالش می‌کشد.

تماشای تحول یک سیاه‌چاله در زمان واقعی

اروان کوئنتین، پژوهشگر آژانس فضایی اروپا گفت:
«برای پدیده QPE هنوز مدل‌های تئوریک بیشتر از داده‌های واقعی داریم. به مشاهدات بیشتری نیاز داریم تا بتوانیم رفتار آن‌ها را درک کنیم.»

وی افزود:

«ما فکر می‌کردیم QPE نتیجه‌ی به دام افتادن اجرام کوچک توسط اجرام بزرگ‌تر است، اما فوران‌های Ansky داستان متفاوتی را بازگو می‌کنند. این انفجارهای تکراری احتمالاً با امواج گرانشی نیز مرتبط هستند که ماموریت آینده‌ی ESA به نام LISA ممکن است آن‌ها را شناسایی کند.»

به گفته کوئنتین، این مشاهدات پرتو ایکس برای تکمیل داده‌های امواج گرانشی و حل معمای رفتار سیاه‌چاله‌های پرجرم حیاتی هستند.