اخبار جهاننجوم و کیهان شناسی
از انبساط عجیب عالم تا تلاش برای کشف صد میلیون سیاهچاله در کهکشان راه شیری
روزهای بروجرد– انبساط عالم و آینده ناروشن آن، وجود دست‌کم صد میلیون سیاهچاله در کهکشان راه شیری و نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA)، از جمله تازه‌های نجوم و کیهان‌شناسی است که عرفان کسرایی، پژوهشگر حوزه علم و فناوری، به آن پرداخته است.
حدود یک قرن پیش ادوین هابل و لومتر و سایر کیهان‌شناسان نشان دادند که عالم ما ایستا و ثابت نیست و بلکه در حال انبساط است. از آن زمان تا کنون نگاه ما به کیهان، به شکل حیرت‌انگیزی زیر و رو شده است.
تا پیش از کشف بزرگ هابل، ایده غالب آن بود که تمام جهان هستی از راه شیری ساخته شده و اندرومدا و ابر ماژلانی کوچک و ابر ماژلانی بزرگ، درون همین کهکشان راه شیری قرار گرفته‌اند.
اینک ما می‌توانیم با در اختیار داشتن شمع‌های استاندارد کیهانی، متغیرهای قیفاووسی یا ابرنواخترهای یکم-ای و با دانستن فاصله آنها نرخ انبساط جهان را محاسبه کنیم؛ انبساطی که هنوز مشخص نیست تا کجا ادامه می یابد. هنوز هیچکس به طور دقیق نمی‌داند که آیا این انبساط روزی متوقف خواهد شد و روند معکوس را طی خواهد کرد یا اینکه تا متلاشی شدن جهان و تبخیر تمامی سیاهچاله‌های عالم ادامه پیدا می‌کند.
نادانسته‌های ما در اینکه فرجام کیهان چگونه خواهد شد تا حدی به ماهیت اسرارآمیز انرژی تاریک باز می‌گردد. فیزیک‌دانان هنوز دقیقا نمی‌دانند که انرژی تاریک چیست و چگونه باعث انبساط عالم میشود. ماده تاریک بر اساس نظریه های کنونی کیهان شناسی، ۲۷ درصد از گیتی را تشکیل می دهد و با احتساب اینکه ۶۸ درصد عالم از انرژی تاریک تشکیل شده، به این نتیجه می‌رسیم که ماده معمولی یعنی ماده‌ای که در عالم مشاهده می‌کنیم فقط حدود ۵ درصد از جهان هستی است.
اختلاف در محاسبه ثابت هابل و ایده وجود جهان آینه‌ای
مقاله‌ای که اخیرا در ژورنال “فیزیکال ریویو لترز” منتشر شده با اشاره به مسائل و مشکلات جدی نظری پیرامون ثابت هابل، به عبارتی نرخ انبساط عالم و اینکه پیش‌بینی مدل استاندارد کیهان‌شناسی به مراتب کندتر از میزانی است که در مشاهدات خود اندازه‌گیری کرده‌ایم، مدل عجیبی پیشنهاد می‌کنند که بر اساس آن، عامل چنین اختلافی وجود یک گیتی آینه‌ای غیرقابل مشاهده است؛ جهانی آینه‌ای که از ذراتی تشکیل شده که تنها با نیروی گرانش با جهان ما برهمکنش می‌کنند و به گفته آنها با این فرضیه، می‌توان یکی از بزرگترین رازهای کیهان‌شناسی مدرن، یعنی ثابت هابل را توضیح داد.
به گفته کیهان‌شناسان، اگر چه این جهان فرضی غیرقابل مشاهده است، اما اثرات گرانشی آن بر جهان ما را می‌توان آشکار کرد. ایده جهان آینه‌ای (Mirror world) اگر چه از دهه ۹۰ میلادی وجود داشته است، اما به گفته دانشمندان، این نخستین بار است که این دیدگاه در مورد مساله ثابت هابل مورد بررسی قرار می‌گیرد.
در هفته های اخیر، انتشار تصویر سیاهچاله کلان‌جرم مرکز کهکشان راه شیری بار دیگر توجه بسیاری را به سیاهچاله‌ها و ماهیت اسرارآمیز آنها جلب کرد. سیاهچاله‌ها اگر چه در یک نگاه کلی شبیه به یکدیگرند، اما واقعیت آن است که از جهات بسیاری به کلی با یکدیگر متفاوتند.
برای مثال، سیاهچاله‌های نخستین (PBH) زمانی وجود داشته‌اند که سن عالم تنها چیزی حدود ۷۰۰ میلیون سال بوده است و نحوه تشکیل آنها با سیاهچاله‌های دیگری که می‌شناسیم متفاوت است. به صورت کلی، سیاهچاله‌هایی در عالم وجود دارند که تنها چند برابر خورشیدند و در عین حال، برخی سیاهچاله‌ها که سیاهچاله‌های کلان‌جرم نامیده می‌شوند، میلیون‌ها و بلکه میلیاردها برابر خورشید جرم دارند.
نخستین تصویر سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری
سیاهچاله‌ها به خودی خود قابل مشاهده نیستند و ما تنها می‌توانیم نشانه‌های وجود آنها (از جمله پرتو ایکس یا گاما یا امواج رادیویی) را دریافت و آشکارسازی کنیم. البته اینها تنها دلایل ما مبنی بر وجود سیاهچاله در ناحیه‌ای مشخص از کیهان نیست. برای مثال، دانشمندان سال‌ها توده‌های گازی یا ستارگانی را که به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش‌اند مورد بررسی قرار داده‌اند و از مدار حرکت آنها دریافته‌اند که آنجا باید جرمی متراکم، برابر با حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید وجود داشته باشد.
برای نمونه دانشمندان از اینکه ستاره‌ای به نام S2 که حدودا هر ۱۶ سال یکبار به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گردد و در نزدیک‌ترین حالت مدارش، به فاصله ۲۰ میلیارد کیلومتری سیاهچاله رسیده و با سرعت بیش از ۲۵ میلیون کیلومتر بر ساعت به مسیر خود ادامه می‌دهد آگاه بودند. به گمان آنها، برای توجیه مدار این ستاره هیچ توضیحی غیر از این نمی‌توانست وجود داشته باشد که در مرکز کهکشان راه شیری، یک سیاهچاله کلان‌جرم وجود دارد.
سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری (*Sagittarius A) که تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT) همین چند هفته پیش تصویر آن را منتشر کرد، تنها سیاهچاله موجود در کهکشان ما نیست. تصور میشود که در کهکشان ما دست‌کم بیش از یکصد میلیون سیاهچاله وجود داشته باشد. این سیاهچاله‌ها، بقایای به جا مانده از ستارگان غول پیکری‌اند که عمر آنها در یک انفجار ابرنواختری به پایان رسیده است. کهکشان ما در حدود صد میلیارد ستاره دارد و کیهان‌شناسان تخمین می‌زنند که از هر هزار ستاره، یکی به قدر کافی پرجرم است که تبدیل به سیاهچاله شود. از این رو کهکشان راه شیری اصولا باید دست‌کم میزبان صد میلیون سیاهچاله باشد.
اما مساله بر سر این است که تا کنون تنها چند ده سیاهچاله از این حدود صدمیلیون سیاهچاله کشف شده‌اند. صحبت از سیاهچاله‌های کلان‌جرم که احتمالا در مرکز اغلب یا همه کهکشان‌ها وجود دارد نیست. اگر بخواهیم تعداد سیاهچاله‌های کلان‌جرم عالم را تخمین بزنیم، به اعداد و ارقام متناقضی می‌رسیم.
هنوز عدد مشخصی برای تعداد کهکشان‌های موجود در عالم وجود ندارد و از این رو نمی‌توان به سادگی گفت که دقیقا چه تعداد سیاهچاله‌کلان‌جرم در عالم وجود دارد. این میزان می‌تواند درست به تعداد کهکشان‌ها، یعنی چیزی حدود صد تا دویست میلیارد باشد و یا به مراتب بیش از آن، حدود دو تریلیون کهکشان.
نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA)
در کنار روش‌های کشف و ثبت تصویر سیاهچاله‌های کلان‌جرم، اینک دانشمندان امید دارند که بتوانند با کمک نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA) بسیاری از سیاهچاله‌های کوچک را کشف کنند. نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ، آرایه‌ای از آنتن‌های رادیویی است که خواهد توانست تصاویری رادیویی با وضوح صدها برابر بهتر از تصاویر اپتیکی تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب ثبت کند.
این ابزار رصدی فوق‌العاده حساس نه تنها چنین سیاهچاله‌هایی را کشف خواهد کرد، بلکه قادر خواهد بود فیلم‌هایی از تغییرات آنها و جت خروجی این سیاهچاله‌ها نیز تهیه کند. نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA) که کار ساخت آن قرار است در سال ۲۰۲۶ آغاز شود، نخستین مشاهدات خود را در سال ۲۰۲۹ شروع می‌کند و تا سال ۲۰۳۵ به صورت کامل عملیاتی میشود.
دانشمندان با کمک نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ همچنین خواهند توانست جت‌های رادیویی حاصل از ادغام ستاره‌های نوترونی را ثبت کنند و این موضوع در کنار ثبت امواج گرانشی توسط رصدخانه‌های لایگو و ویرگو، به کیهان‌شناسان امکان می‌دهد که درک بهتری از سیاهچاله‌ها و ستاره های نوترونی پیدا کنند.
منبع: دویچه‌وله
