اهمیت آشکارسازی سیاهچاله‌های میان‌جرم

سیاهچاله‌های متوسط (میان جرم) برخی از دست نیافتنی‌ترین موجودات ساکن کیهان هستند. یافتن آنها و درک آنها می‌تواند به دانشمندان در کشف رمز و رازهای رشد سیاه چاله‌های بزرگ و رابطه صمیمی بین سیاهچاله‌های غول پیکر و کهکشان‌های میزبان آنها کمک کند.

در حالی که سیاهچاله‌های متوسط دست نیافتنی هستند، اخیرا تیمی از ستاره شناسان روشی برای گوش دادن به انتشار امواج گرانشی آنها هنگام برخورد با اجرام دیگر ابداع کرده‌اند.

سیاهچاله‌ها در جهان ما عمدتا دارای دو نوع هستند: نسبتاً کوچک و کاملاً عظیم. سیاهچاله‌های کوچکتر، از مرگ ستاره‌های غول پیکر تشکیل می‌شوند و جرم آنها می‌تواند انگشت شمار و یا حتی دهها توده خورشیدی باشد. میلیاردها مورد از این سیاهچاله‌ها وجود دارند که در اعماق هر کهکشان از جمله کهکشان راه شیری حضور دارند و در چند دهه گذشته ستاره شناسان موفق به مشاهده برخی از آنها شده‌اند.

با این وجود سیاهچاله‌های عظیم الجثه واقعاً اجرامی با طبیعت متفاوت هستند. جرم آنها از هزاران توده خورشیدی شروع می‌شود و می‌توانند به راحتی تا صدها میلیارد برابر جرم خورشید جرم داشته باشند. آنها بسیار نادرتر از دیگر سیاهچاله‌ها هستند و هر کهکشان فقط میزبان یک مورد از آنها است که در هسته مرکزی آن کمین کرده‌اند.

آنچه که بسیاری از اخترشناسان آنها را نمی‌بینند سیاه چاله‌هایی با جرم متوسط هستند. سیاهچاله میان‌جرم یا سیاهچاله با جرم متوسط (Intermediate-mass black hole) احتمالاً سیاهچاله‌های جوانی هستند که از یک انفجار ابرنواختری پدید آمده‌اند و با بلعیدن مقدار زیادی ماده به این جرم رسیده‌اند و حالا در این حالت به نظر می‌رسند. اینها سیاهچاله‌های فرضی هستند که تصور می‌شود جرم آنها چند هزار برابر جرم خورشید است.

با وجود سالها جستجو، ستاره شناسان هیچ مدرک قطعی برای وجود هیچ سیاهچاله میان‌جرم ندارند. مطمئناً نشانه‌ها و علائمی مانند یک مدار عجیب در مرکز یک خوشه و یک سیگنال نوری عجیب وجود دارد اما هیچ چیز قطعی نیست. یکی از چالش‌های یافتن سیاهچاله میان‌جرم این است که محققان دقیقاً مطمئن نیستند که آنها چگونه و از کجا شکل می‌گیرند. در یک سناریو آنها معتقدند سیاهچاله میان‌جرم به عنوان پلی بین سیاهچاله‌های کوچک و بزرگ هستند و در سناریوی دیگر ستاره شناسان فکر می‌کنند که سیاهچاله میان‌جرم احتمالاً در خوشه‌های ستاره‌ای کروی حضور دارند. خوشه‌های ستاره‌ای کروی گلوله‌هایی از ستاره‌های قدیمی و در حال مرگ هستند که به دور یک مرکز کهکشانی می‌چرخند. در حالی که منشا این خوشه‌های کروی کاملا مشخص نشده است، تصور می‌شود که آنها ممکن است هسته‌های باقیمانده کهکشان‌های مرده باشند که با تعاملات بی شمار با کهکشان‌های بزرگ، توانایی ستاره سازی را از آنها گرفته‌اند.

به همین دلیل خوشه‌های ستاره ای کروی ممکن است مکان ایده آل برای ساخت سیاهچاله میان‌جرم باشد. احتمالا سیاهچاله‌های متوسط به طور مستقیم در اینجا تشکیل شده‌اند اما هرگز فرصتی برای ادغام با یک سیاهچاله بزرگ پیدا نکردند یا سیاهچاله‌های کوچکتر شروع به ادغام کرده‌اند اما به دلیل محدودیت منبع غذا در خوشه آنها نیز موفق نشده‌اند.

خوشه های ستاره ای کروی کم نور و دور از دسترس هستند و جستجوی مراکز آنها برای یافتن نشانه‌هایی از سیاهچاله های متوسط کار فوق العاده سختی است. بنابراین ستاره شناسان به سختی تلاش می‌کنند تا روش‌های تشخیص سیاهچاله میان‌جرم را بیابند.

ادغام دو سیاهچاله

اخیراً محققان یک روش برای شکار و شناسایی آنها ارائه داده‌اند و آن استفاده از ردیاب‌های امواج گرانشی پیشرفته است. درست مانند سیاه چاله‌های کلان جرم، سیاهچاله‌های میان‌جرم می‌توانند گاهی اوقات سایر شکارچیان کهکشانی مانند سیاهچاله‌های کوچکتر را ببلعند. البته این نسبتاً نادر است. سیاهچاله‌های در حال چرخش به طرز ناامیدکننده ای پایدار هستند آنها می‌توانند به مدت چندین میلیارد سال در حلقه‌های اطراف یکدیگر بچرخند. به منظور ادغام دو سیاهچاله، باید سیاهچاله سوم نیز در منظومه وجود داشته باشد که مدارهای آنها را بی ثبات کرده و مراحل آغاز رویداد ادغام را ایجاد کند.تیم محققان تخمین زده‌اند که چه زمانی ممکن است درون این خوشه‌های ستاره ای کروی این اتفاق رخ دهد.

خبر بد این است که آشکارسازهای امواج گرانشی مانند رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزریو ویرگو (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory: LIGO)، حساسیت لازم برای تشخیص این امواج گرانشی را ندارند اما خبر خوب این است که آشکارسازهای جدید پیشرفته در حال توسعه هستند.

ستاره شناسان تخمین می‌زنند که آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری (یک ردیاب مبتنی بر فضا) می‌تواند هر سال چند ده ادغام سیاهچاله میان‌جرم را با این فرض که جرم این سیاهچاله‌ها چند هزار برابر خورشید است شناسایی کند. حتی ممکن است لیگو نیز بتواند یک یا دو مورد از آنها را در سال شناسایی کند، اما تنها در صورتی این کار انجام می‌شود که جرم سیاهچاله میان‌جرم ۱۰۰ برابر جرم خورشیدی باشد.

هرچه محققان سیاهچاله میان‌جرم را بیشتر درک کنند، بیشتر در مورد رشد و تکامل سیاهچاله‌ها، روابط آنها با کهکشان‌های میزبانشان و نقشی که در تاریخ کیهان ایفا می‌کنند می‌آموزند.