ابرسیاهچاله ها در ته دنیا چه می خورند؟

در تَه دنیا سیاهچاله هاییوجود دارد که جرمشان به میلیاردها برابر جرم خورشیدمی رسد. خوراک این اجرام غول آسا (اختروش یا کوازار) گاز میان ستاره ایست و بی وقفه در حال بلعیدن لقمه های بزرگ این موادند. آن ها به این شیوه خود را نیز به ما می نمایانند: گازی که می بلعند به هنگام فروکشیده شدن و خرد شدن زیر فشار گرانش سیاهچاله از خود نور می‌تاباند و این نور پس از میلیاردها سال و پیمودن میلیاردها سال نوری در کیهان، در این روزگار به چشم تلسکوپ های ما می رسد.

افزایش جرم یک سیاهچاله ی کوچک: گاز سرد و چگال (سبز)  به سوی مرکز یک خوشه ی ستاره ای جریان دارد (ضربدر سرخ در دایره ی آبی). ستارگان به رنگ زرد نمایانده شده اند؛ مسیر سیاهچاله ی سرگردان توسط ستارگان پیرامون آشفته شده (نقطه چین سیاه)

بنابراین نگاه کردن به لبه های کیهان مانند نگاه کردن به گذشته است. چیزی که ما از این اختروش های باستانی و دوردست می بینیم عکس "کودکی های"آن هاست و در زمانی کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگگرفته شده: نوزادان هیولا در یک کیهان جوان.

به طور معمول، یک سیاهچاله زمانی پدید می آید که یک ستاره ی بزرگ، با جرم ده ها برابر جرم خورشید، با مصرف همه ی سوخت هسته ایش منفجر می شود. بدون کوره ی هسته ای در مرکز، دیگر نیرویی نیست که در برابر گرانش خود ستاره پایداری کند و چنین می شود که ستاره می رمبد. بیشتر مواد پیکره اش در یک انفجار ابرنواختریسهمگین به بیرون پرتاب می شود، ولی پسمانده ی ی پیکرش همچنان به رمبش رو به درون ادامه می دهد تا جایی که سیاهچاله ای با جرم تنها ۱۰ برابر جرم خورشیدپدید می آورد.

از زمانی که این اختروشان باستانی نخستین بار یافته شدند تاکنون، دانشمندان در شگفتی مانده اند که چه فرآیندی می توانسته باعث شود یک سیاهچاله ی کوچک در زمانی کوتاه پس از مهبانگ این همه بخورد و چنین فربه شود؟

در واقع فرآیندهای بسیاری وجود دارد که سرعت خوردن و بزرگ شدن یک سیاهچاله را محدود می کنند. برای نمونه، گازها معمولا یک راست به درن سیاهچاله فرو کشیده نمی شوند، بلکه وارد یک جریان آرام و مارپیچ به نام قرص برافزایشیشده و ذره ذره به کام سیاهچاله فرو می روند، فرآیندی کُند که شاید زمانی بیش از سن جهان به طول بیانجامد. هنگامی که گاز توسط سیاهچاله بلعیده می شود، نوری خلاف جهت می تاباند که فشاری رو به بیرون وارد می کند. این نور با خنثی کردن گرانش، جریان مواد به درون سیاهچاله را کُند و آهسته می کند.

پس واقعا این اختروش های باستانی چگونه بزرگ شدند؟ پرفسور تل الکساندر، رییس بخش فیزیک ذرات و اخترفیزیک بنیاد وایزمن، در پژوهشنامه ایکه با همکاری پرفسور پریام‌وادا ناتارایان از دانشگاه ییل نوشته اندو به تازگی در نشریه‌ی ساینس منتشر شده، راه حلی را ارایه کرده است.

مدل آن ها با پیدایش یک سیاهچاله ی کوچک در روزگار بسیار آغازین کیهان شروع می شود. به باور کیهان شناسان، جریان های گازی در آن روزگار سرد، چگال، و بسیار پرمحتواتر از موادی بودند که در جریان های گازیِ تُنک و کم‌چگال امروزین کیهان می بینیم.

سیاهچاله ی نوزاد و گرسنه ی ما با سرگردانی به اطراف می گشت و پیوسته از سویی به سوی دیگر می رفت و به ستارگان نوزادی که در آن نزدیکی بودند برخورد می کرد. سیاهچاله سرعت جابجایی‌اش پیوسته بیشتر می شد و گازهایی که به مدار پیرامون خود می کشید دم به دم افزایش می یافت، به گونه ای که گازها را آن چنان سریع فرو می برد که دیگر نمی توانستند در یک قرص مارپیچ آرام باقی بمانند و یکراست به درون دهان سیاهچاله کشیده می شدند.

هر چه سیاهچاله بزرگ تر می شد، سرعت خوردنش هم افزایش می یافت. به گفته ی الکساندر، آهنگ این رشد بیش تر از نرخِ نمایی (exponential) بود. پس از حدود ۱۰ میلیون سال، که در مقیاس کیهانی یک چشم بر هم زدن است، سیاهچاله جرمی به اندازه ی حدود ۱۰ هزار خورشید را بلعیده بود. پس از آن آهنگ رشد سیاهچاله کند شد و به آهنگی ملایم و "هر از گاهی"رسید، ولی مسیر آینده اش باز بود و همچنان به رشدش ادامه داد تا سرانجام به چیزی که اکنون می بینیم رسید: سیاهچاله ای با جرم یک میلیارد برابر خورشید یا حتی بیشتر. 

واژه نامه:

منبع: sciencedaily