>> کشف اولین سیستم سهتایی سیاهچاله در جهان؛ ماکیان راز شکلگیری ستارههای مرده را فاش کرد >>

>> کشف اولین سیستم سهتایی سیاهچاله در جهان؛ ماکیان راز شکلگیری ستارههای مرده را فاش کرد >> در کهکشان ماکیان و در فاصله ۷۸۰۰ سال نوری از زمین، اخترشناسان برای اولین بار یک سیستم سهتایی منحصر به فرد را شناسایی کردهاند که شامل یک سیاهچاله و دو ستاره همسفر است. این کشف شگفتانگیز، درک ما از نحوه تولد سیاهچالهها را دگرگون کرده و نظریههای پیشین را به چالش کشیده است.

سیستم ماکیان تا پیش از این به عنوان یک سیستم دوستاره شناخته میشد؛ یک سیاهچاله که از یک ستاره همسفر نزدیک با مدار ۶.۵ روزه تغذیه میکرد. با این حال، تحلیل دادههای سهبعدی تلسکوپ فضایی گایا نشان داد که یک ستاره سوم نیز وجود دارد که در یک مدار بسیار گسترده ۷۰ هزار ساله به دور این جفت میچرخد. بررسی حرکات این سه جرم آسمانی اثبات کرد که همگی با سرعت و جهت یکسان در فضا حرکت میکنند و به طور قطع به یکدیگر پیوند گرانشی دارند.

چالش برای نظریه ابرنواختری و اثبات فروپاشی مستقیم به باور رایج، سیاهچالهها حاصل انفجارهای خروشان ابرنواختری هستند. قدرت این انفجارها به حدی است که باید هر ستاره همسفری در نزدیکی را از مدار خود خارج و به فضا پرتاب کند. اما در سیستم ماکیان، ستاره دورتر در فاصله ۳۵۰۰ واحد نجومی (حدود ۳۵۰۰ برابر فاصله زمین تا خورشید) از سیاهچاله باقی مانده و مدار خود را حفظ کرده است.

این فاصله زیاد و ضعف نیروی گرانشی میان آنها، بقا ستاره پس از یک انفجار ابرنواختری را غیرممکن میسازد. علاوه بر این، سنجشهای دقیق نشان میدهند که این ستاره از ابتدا در دام گرانشی سیاهچاله افتاده نیست، بلکه همزمان با شکلگیری سیستم وجود داشته است. اخترشناسان با انجام دهها هزار مدلسازی کامپیوتری، به نتیجه رسیدند که تنها توضیح منطقی برای بقای این سهتایی، شکلگیری سیاهچاله از طریق مکانیزم فروپاشی مستقیم است.

در این فرآیند، ستاره مادر بدون انفجار و پرتاب مواد، به طور کامل درون خود فرو میریزد و به یک سیاهچاله تبدیل میشود. مهمترین مدرک رصدی تا به امروز کشف ماکیان قویترین مدرک رصدی برای تئوری فروپاشی مستقیم محسوب میشود. این یافتن نشان میدهد که سیاهچالههایی وجود دارند که تاریخچه شکلگیری آنها با سناریوی ابرنواختر همسو نیست و میتوان آنها را با مدل فروپاشی مستقیم توجیه کرد.

دانشمندان اکنون پیشبینی میکنند که تعداد بیشتری از این سهتاییهای پنهان در کیهان وجود دارند که هنوز شناسایی نشدهاند. کشف نمونههای بیشتر در آینده، درک ما از مکانیزمهای تولد سیاهچالهها و تکامل ستارههای پرجرم را به طور چشمگیری عمیقتر خواهد کرد. >> این کشف نه تنها کتابهای درسی نجوم را بازنویسی میکند، بلکه پنجرهای جدید برای درک تکامل ستارههای پرجرم در محیطهای چندستارهای باز میکند.

تا پیش از این، اکثر مدلهای نظری پیشبینی میکردند که سیستمهای چندستارهای حاوی سیاهچاله، ناپایدار هستند و به سرعت از هم میپاشند. اما ماکیان ثابت کرد که پایداری در مقیاسهای زمانی میلیاردی سال امکانپذیر است، به شرطی که سیاهچاله به طور ساکت و بدون آشوب شکل گرفته باشد.

تکنیک رصد و نقش تلسکوپ گایا در شناسایی سهتایی تلسکوپ فضایی گایا از سال ۲۰۱۳ با دقت بیسابقهای موقعیت، فاصله و حرکت میلیونها ستاره را در کهکشان ما در حال نقشهبرداری است. برخلاف تلسکوپهای سنتی که بیشتر بر روی نور مرئی تمرکز دارند، گایا از تکنیک آسترومتری (سنجش دقیق موقعیت آسمانی) استفاده میکند. این قابلیت به اخترشناسان اجازه میدهد تا حرکات بسیار ریز ستارهها را در برابر پسزمینه کهکشانهای دورتر رصد کنند.

در مورد ماکیان، دادههای گایا نشان داد که ستاره سوم، که قبلاً به عنوان یک ستاره پسزمینه نادیده گرفته میشد، در واقع حرکت همجهت و همسرعت با جفت سیاهچاله و ستاره داخلی دارد. این همحرکتی قویترین دليل بر روی پیوند گرانشی فیزیکی میان سه عضو سیستم است. دقت گایا در سنجش پارالاکس (اختلاف دید) نیز فاصله دقیق این سیستم را حدود ۷۸۰۰ سال نوری تعیین کرد که با تخمینهای قبلی همخوانی داشت.

چالش در تشخیص ستاره دورتر ستاره خارجی این سیستم بسیار خافتتر از همسفر داخلی خود است و در نوری مرئی به سختی جدا از نور پسزمینه کهکشان قابل تشخیص است. تنها با ترکیب دادههای گایا با مشاهدات زمینی از تلسکوپهای بزرگ مانند تلسکوپهای بسیار بزرگ (VLT) در شیلی و تلسکوپ کک در هاوایی، طیف نور ستاره خارجی ثبت و ماهیت فیزیکی آن تایید شد. این همکاری بین رصدهای فضایی و زمینی، الگوی جدیدی برای کشف سیستمهای پیچیده در کهکشان است.

مقایسه دو مکانیزم شکلگیری ابرنواختری در مقابل فروپاشی مستقیم برای درک اهمیت این کشف، باید تفاوت بنیادین بین دو مسیر شکلگیری سیاهچاله را بررسی کنیم. در مدل کلاسیک ابرونواکتری هستهای، یک ستاره پرجرم (بیش از ۸ تا ۱۰ برابر جرم خورشید) سوخت هسته خود را به اتمام میرساند. هسته آهن تحت فشار خود گرانشی فرو میریزد و سپس به شدت میکند، یک موج شوک قدرتمند را به سمت لایههای بیرونی ستاره میفرستد.

این انفجار ستاره را از بین میبرد و یک نوترون ستاره یا سیاهچاله باقی میگذارد. مشکل این مدل برای سیستمهای چندستارهای، کیک گرانشی است. به دلیل ناهمگونی در انفجار، سیاهچاله تازه متولد شده یک ضربه سرعت تصادفی (معمولاً چند صد کیلومتر بر ثانیه) دریافت میکند. در یک سیستم دوستاره، این ضربه معمولاً مدار را بیضی میکند یا حتی سیستم را کاملاً از هم میپاشد.

برای یک سیستم سهتایی با یک عضو بسیار دور، احتمال بقا پس از چنین ضربهای تقریباً صفر است. در مقابل، مدل فروپاشی مستقیم ( یا ) پیشبینی میکند که برای ستارههای بسیار پرجرم (معمولاً بالای ۲۰ تا ۲۵ جرم خورشید) یا ستارههای با فلزیته پایین، موج شوک ابرنواختری هرگز به سطح ستاره نمیرسد. کل ستاره به طور ساکت و در عرض ثانیهها درون افق رویداد فرو میریزد. هیچ انفجاری، هیچ پرتاب موادی و در نتیجه هیچ کیک گرانیشی وجود ندارد.

سیستم چندستارهای به طور کامل حفظ میشود، همانطور که در ماکیان مشاهده میشود. پیامدها برای فیزیک ستارههای پرجرم و موجهای گرانیشی تایید مکانیزم فروپاشی مستقیم پیامدهای عمیقی برای فیزیک و رصدهای موج گرانیشی دارد. رصدهای اخیر امواج گرانیشی توسط لیگو (LIGO) و ویرگو نشان دادهاند که سیاهچالههای ادغامشده در جهان وجود دارند که جرم آنها در فاصله جرمی بین نوترون ستارهها و سیاهچالههای ستارهای قرار میگیرد.

برخی از این سیاهچالهها بسیار پرجرمتر از حد انتظار از کانال ابرنواختری هستند. فروپاشی مستقیم میتواند توضیح دهد که چرا چنین سیاهچالههای پرجرمی بدون انفجار شکل میگیرند. علاوه بر این، نرخ ادغام سیاهچالههای دوتایی که توسط امواج گرانیشی رصد میشود، از پیشبینیهای مدلهای سنتی بیشتر است. اگر کانال فروپاشی مستقیم رایجتر از آنچه فکر میشد باشد، تعداد بیشتری از دوتاییهای سیاهچاله در کهکشان ما باقی میمانند و در نهایت ادغام میشوند.

این میتواند توضیح دهد که چرا لیگو تعداد زیادی رویداد ادغام رصد کرده است. نقش فلزیته و محیط ستارهزایی ماکیان در ناحیه هاله کهکشان قرار دارد که ستارههای آن فلزیته پایین دارند. ستارههای فلزیتهپایین بادهای ستارهای ضعیفتری دارند و در نتیجه جرم بیشتری را تا پایان عمر حفظ میکنند. این شرایط برای فروپاشی مستقیم ایدهآل است، زیرا ستاره میتواند به جرم حراجی بسیار بالا برسد بدون اینکه از طریق بادهای ستارهای جرم از دست دهد.

کشف ماکیان نشان میدهد که محیطهای فلزیتهپایین کهکشان، کارخانههای طبیعی برای تولید سیاهچالهها از طریق فروپاشی مستقیم هستند. آینده پژوهش و جستجوی سهتاییهای دیگر تیم پژوهش، که نتایج آن در مجله معتبر منتشر شده است، اکنون بر روی تحلیل دادههای گایا برای یافتن کاندیداهای دیگر تمرکز کرده است. با وجود میلیونها ستاره در کاتالوگ گایا، یافتن چنین سیستمهای نادری مانند پیدا کردن سوزن در انبار قش است.

با این حال، الگوریتمهای یادگیری ماشین در حال توسعه هستند تا الگوهای حرکتی مشخص سیستمهای چندستارهای حاوی اجسام فشرده را به طور خودکار شناسایی کنند. پیشبینی میشود که با انتشار دادههای کامل گایا ( و ) در سالهای آینده، دقت آسترومتری به حدی برسد که بتوان حرکات مداری ستارههای خارجی در سیستمهای مشابه را به طور مستقیم رصد کرد، نه تنها همحرکتی آنها.

این به ما اجازه میدهد تا جرم دقیق سیاهچاله، مدارات سهبعدی و تاریخچه دینامیکی سیستم را با دقت بیسابقهای بازسازی کنیم. امکان رصد الکترومغناطیسی و مطالعه دیسک انباشت ستاره داخلی در ماکیان (با مدار ۶.۵ روزه) در حال انتقال جرم به سیاهچاله است و یک دیسک انباشت داغ و درخشان در باندهای اشعه-X و ماوراء بنفش ایجاد میکند. این دیسک یک آزمایشگاه طبیعی برای تست تئوریهای نسبیت عمومی در میدانهای گرانیشی قوی است.

رصدهای همزمان با تلسکوپهای فضایی اشعه-X مانند چاندرا و، میتواند پروفایل دمای دیسک، دینامیک جتهای نسبیتی و اثرات لنسهگرانیشی را اندازهگیری کند. وجود ستاره خارجی سوم میتواند از طریق پرتورباسیونهای گرانشی، نوسانات طولانیمدت در نرخ انباشت و فعالیت دیسک را القا کند. مطالعه این نوسانات میتواند اطلاعاتی درباره جرم و مدار ستاره خارجی فراهم کند که به روشهای سنتی قابل دستیابی نیست.

این تبدیل ماکیان به یک آزمایشگاه فیزیک بنیادی در مقیاس کهکشان میکند. نتیجهگیری یک نقطه عطف در نجوم مدرن کشف سیستم سهتایی سیاهچاله ماکیان، تنها یک رکورد رصدی جدید نیست، بلکه یک ستون فقرات برای تست تئوریهای بنیادین ستارهشناسی است. این سیستم ثابت کرد که سیاهچالهها میتوانند بدون انفجار ابرنواختری و کیک گرانیشی شکل بگیرند (فروپاشی مستقیم). سیستمهای چندستارهای حاوی اجسام فشرده میتوانند برای میلیاردها سال پایدار بمانند.

تلسکوپ گایا و رصدهای آسترومتری دقیق، کلید کشف جمعیت پنهان سیاهچالههای کهکشان هستند. با پیشرفت تکنولوژی رصد و تحلیل دادهها، ما در آستانه کشف جمعیت کامل سیاهچالههای کهکشان هستیم. هر سیستم جدیدی مانند ماکیان، یک قطعه از پازل پیچیده تکامل ستارهها، شکلگیری کهکشانها و طبیعت فضا-زمان در محدودههای قوی گرانیش را تکمیل میکند. ماکیان تنها آغاز این سفر است.