سیاه‌چاله غول‌پیکر به اشتباه کشف شده بود

سیاه‌چاله

همیشه اکتشافات در سراسر دنیا سروصدای زیادی به پا به می‌کنند اما گاهی اوقات اشتباهاتی نیز در این بین رخ می‌دهد و یک خبر به اشتباه منتشر می‌شود و بعد از مدتی تکذیب می‌گردد. حال اگر این کشف یک سیاه‌چاله نیز باشد بدون شک در کل دنیا می‌تواند غوغا کند در این بخش به سراغ خبری می‌رویم که در ۲۷ توامبر منتشر شده است تا ببینیم چقدر این کشف به واقعیت نزدیک بوده است. اگر علاقه‌مند دنیای نجوم هستید با ما همراه باشید.

یک سیاه‌چاله ۷۰ برابر خورشید

سه تیم اقدام به بررسی این ادعا کرده‌اند که یک سیاه‌چاله ۷۰ برابر بزرگ‌تر از خورشید ما کشف شده است. ظاهراً آن “سیاهچاله غول‌پیکر” که محققان دریافته‌اند، چندان هم غول‌پیکر نیست. اما پیدا کردن خطاها و تلاش برای اصلاح آنها در چگونگی پیشبرد علم مؤثر بوده است.

در یک مطالعه جدید (که در تاریخ ۲۷ نوامبر منتشر شد)، تیمی از دانشمندان از کشف سیستم دوتایی LB-1 خبر دادند که حاوی یک ستاره است و طبق یافته‌ها ندیم آن ستاره، یک سیاه‌چاله با ۷۰ برابر جرم خورشید ما است. این خبر شگفت‌انگیز بود، زیرا سیاه‌چاله‌ها با جرم ستاره‌ای (سیاه‌چاله‌هایی که با سقوط گرانشی یک ستاره ایجاد می‌شوند) معمولاً کمتر از نصف این جرم را دارند. در حالی که این تحقیق به سرپرستی جیفنگ لئو از رصدخانه ملی نجوم چین(NAOC)  مربوط به آکادمی علوم چین بسیار هیجان‌انگیز بود، اشتباه نیز بود.

این هفته سه مقاله جدید منتشر شد که مجدداً یافته‌های حاصل از مطالعه لئو را بررسی کردند و این مطالعات نشان داد که سیاه‌چاله LB-1 در واقع این‌قدر پرجرم نیست.

سیاهچاله‌های عجیب

سیاه‌چاله‌ها با جرم ستاره‌ای به طور معمول با انتشار اشعه ایکس از گاز متصل به آن یا گازی که از طرف ستاره‌های ندیم خود جذب می‌کنند، شناسایی می‌شوند. اما سیاه‌چاله که در LB-1 مشاهده شده است “بدون برهم کنش” است. به عبارت دیگر از ستاره خود گاز دریافت نمی‌کند، بنابراین نمی‌تواند از طریق تشعشعات درخشان یافت شود. دانشمندان فکر می‌کنند که نمونه‌های زیادی از این نوع سیاه‌چاله در جهان وجود دارد، اما از آنجا که این اشیاء نقطه‌ای به نظر می‌رسند، مشاهدات اندکی وجود دارد که نشان دهد چند سیاهچاله ممکن است در آنجا باشند.

بنابراین برای تعیین اینکه این سیستم دارای سیاه‌چاله است، تیم لئو مجبور شد با مشاهده حرکت در جابجایی دوپلر ستاره‌ی این سیستم و خط انتشار عمیق قرمز، آن را به طور غیر مستقیم پیدا و مطالعه کند.

تحت پدیده داپلر، اشیاء در حال حرکت به سمت زمین، آبی به نظر می‌رسند، زیرا طول موج‌های نور کوتاه‌تر می‌شوند و هنگام دور شدن از ما قرمز به نظر می‌رسند، زیرا طول موج‌ها طولانی‌تر می‌شوند. خط نشری که به عنوان خط نشر اچ آلفا شناخته می‌شود، یک خط طیفی یا یک خط تاریک در طیف است. خطوط طیفی اغلب برای شناسایی اتم‌ها یا مولکول‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و این خط خاص توسط الکترونهای هیدروژن ایجاد می‌شود. تیم لئو کار خود را با این فرض که این خط از دیسک پیوسته به دور سیاهچاله می‌آید، به پایان رساند.

مشکل در نتیچه گیری

محققان با اندازه‌گیری تغییرات در جابجایی دوپلر می‌توانند سرعت اجسام و بنابراین جرم آنها را تعیین کنند. کریم آل بدری دانشجوی دکتری نجوم از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، یکی از نویسندگان یکی از سه مقاله در مورد تجزیه و تحلیل این نتایج گفت: “اگر ستاره و ندیم همراه آن به یک میزان شتاب بگیرند، این بدان معنی است که جرم مشابه دارند و اگر یکی خیلی کمتر شتاب بگیرد، یعنی بسیار سنگین‌تر است.” بنابراین برای اندازه‌گیری میزان حرکت جنبشی نشر بیرون آمده از سیاه‌چاله (آنچه تیم لئو فرض می‌کرد)، تیم لئو تشخیص داد که سرعت سیاه‌چاله باید به معنی جرم بسیار زیاد برای یک سیاهچاله ستاره‌ای باشد.

آل بدری توضیح می‌دهد که اگر واقعاً نشر از سیاهچاله بیرون می‌آمد و همان‌طور که گزارش شده حرکت می‌کرد، این بدان معنی بود که یک شیء بسیار پرجرم در سیستم وجود دارد.

مشکل اصلی این نتیجه‌گیری چیست؟ به نظر می‌رسد که این خط نشر، حرکتی که به عنوان اصلی‌ترین شاهد برایشی فوق پرجرم پیشنهادی ارائه شده بود را نداشت. مقاله‌های جدید نتیجه‌گیری‌های تیم لئو یافته‌اند که در واقع این جرم به هیچ وجه در حال حرکت نبوده است.

یک ادعای جسورانه

شما ممکن است در دو هفته گذشته صحبت در مورد سیاه‌چاله‌ای عجیب با ۷۰ برابر جرم خورشید را شنیده باشید. در دوز امروزی آب سرد، ما استدلال می‌کنیم که داده‌ها به اشتباه تفسیر شده‌اند، و هیچ مدرکی مبنی بر یک سیاهچاله غیرمعمول پرجرم وجود ندارد.

ادعای کشف سیاه‌چاله به طرز عجیب، ابتدا آل بدری را به طرز عجیبی ترساند، زیرا این نوع سیاهچاله قبلاً با چنین جرمی مشاهده نشده بود. آل بدری به ما گفت: ” وقتی این مقاله منتشر شد ابتدا فکر کردم که این یک ادعای جسورانه است که بهتر است شواهدش بررسی شود”. “همیشه باید ذهن خود را باز نگه دارید، اما در این مورد، ادعا واقعاً غیرعادی و شواهد نیز تا حدودی غیرقابل اطمینان بود.”

مسئله اصلی که آل بدری متوجه شد این بود که خط نشر فقط در حال حرکت است، در واقع تکان نمی‌خورد.

آل بدری و الیوت کواتیرت، استاد نجوم و فیزیک برکلی، تجزیه و تحلیل خود را روز دوشنبه (۹ دسامبر) در سرور آرکایو منتشر کردند. مقاله آنها همچنین برای انتشار در ژورنال اعلامیه‌های ماهانه انجمن نجوم سلطنتی ارسال شده است.

یک خط جذب گم‌شده

بنابراین، چگونه یک خط نشر فقط “به نظر می‌رسد در حال حرکت” است؟ خوب، این اتفاق برای خط بالای جذب رخ داد که خطای ادراکی را ایجاد کرد.

برای درک خطای ادراکی، ابتدا باید بدانید که خط جذب چیست. لایه‌های بیرونی اتمسفر اطراف ستاره‌ها به عنوان ماده جذب کننده برای جذب نور ناشی از ستاره عمل می‌کنند. بنابراین، هنگامی که محققان طیف نور ناشی از ستاره‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهند، می‌توانند خطوط جذب را مشاهده کنند، که توسط اتم‌های موجود در اتمسفر در حال انتقال بین حالت‌های اتمی ایجاد می‌شوند.

آل بدری گفت: با وجود ستاره در LB-1، خط جذب ” پنهان شده” توسط خط نشر وجود دارد. چنین شرایطی می‌تواند این خطای ادراکی را ایجاد کند که خط نشر حرکت می‌کند و ظاهر جابجایی دوپلر را ایجاد می‌کند، که آل بدری و دانشمندان در مقالات بعدی توضیح و نشان داده‌اند. با تفریق ساده خط جذب از اندازه گیری‌های خط نشر، آل بدری و کواتیرت، که از همان داده‌های تیم لئو برای مطالعه خود استفاده کردند، دریافتند که خط نشر به هیچ‌وجه در حال حرکت نیست.

دو تفسیر ممکن

تاد تامپسون، استاد گروه نجوم در دانشگاه ایالتی اوهایو که در هیچ یک از این مقالات درگیر نبود برای ما توضیح داد که بدون حرکت این نشر دو تفسیر ممکن وجود دارد. تامسون گفت: یا دومینشی در سیستم بسیار پرجرم تر از آنچه که تاکنون مشاهده شده است (بیش از ۷۰ برابر جرم خورشیدی) یا به احتمال بسیار زیاد فقط یک سیاه‌چاله به اندازه متوسط در LB-1وجود دارد و خط نشر از جای دیگری می‌آید.

جکی فاهرتی، دانشمند ارشد موزه تاریخ طبیعی آمریکا در نیویورک و یکی از مجریان “گفتگو درباره ستاره “در رادیو، به ما گفت: “چیزی در آنجا وجود دارد اما ممکن است فقط یک سیاه‌چاله معمولی و با جرم ستاره‌ای باشد.” فاهرتی در هیچ یک از این مقالات درگیر نبود.

با این حال، از آنجا که احتمالاً خط نشر از سیاهچاله برنمی‌گردد، محققان نمی‌توانند تخمین بسیار دقیقی از جرم سیاهچاله به‌دست آورند. اما تجزیه و تحلیل تیم آل بدری نشان می‌دهد که سیاه‌چاله به احتمال زیاد بین ۵ تا ۲۰ جرم خورشیدی است که همان‌طور که در مقاله خود شرح داده‌اند، “به نظر می‌رسد قابل قبول است”.

پس کشف جدید شکست خورد؟

دو مقاله دیگر منتشرشده است که ادعاهای مطرح شده توسط تیم لئو را مجدداً بررسی می‌کند. یکی مطالعه‌ای به سرپرستی ستاره‌شناس نظری نیوزلند جی.جی الدریج است که در آرکایو منتشر شده است و یک روش نظری برای تجزیه و تحلیل سیستم در نظر گرفته است. محققان در این مطالعه کتابخانه بزرگی از انواع مختلف سیستمهای دوتایی را شبیه سازی کردند تا ببینند آیا دانشمندان می‌توانند یک سیستم دوتایی پیدا کنند که با مشاهدات گزارش شده برای LB-1 مطابق باشد. آنها چندین مورد پیدا کردند که می‌توانست مطابق باشد، اما هیچ کدام با سیاهچاله‌هایی با جرم ۷۰ برابر خورشید نبود.

مطالعه دیگر که در آرکایو نیز منتشر شد و به سرپرستی مایکل عبدالمسیح از انستیتوی نجوم در دانشگاه KU لوون در بلژیک بود، رویکردی مشابه با آل بدری انجام داد. با این حال به جای استفاده از داده‌های مشابه تیم لئو، این محققان طیف خود را از سیستم دوتایی با استفاده از یک تلسکوپ متفاوت جمع‌آوری کردند. آنها همچنین شبیه‌سازی‌هایی را انجام دادند که در آن آنها یک خط جذب را در زیر یک خط نشر قرار می‌دادند تا ببینند که آیا نشر در LB-1حرکت می‌کند یا خیر. تیم عبد المسیح در این شبیه‌سازی‌ها دریافتند که این خط به جلو و عقب حرکت می‌کند و شواهد بیشتری ارائه دادند که خط نشر در سیستم فقط به نظر می‌رسد که در حال حرکت است.

فدا شدن به نفع LB-1

فاهرتی گفت: “به نظر می‌رسید که این حقیقت کمی هیجان‌انگیز باشد.” وی افزود، “این همان روش پیشرفت علوم است.”

فاهرتی تاکید کرد: “رخ دادن چنین اموری خوب است. … این فقط تصحیح نتیجه قبلی است … چه اشکالی دارد که چنین وضعیتی داشته باشد.” وی افزود “علم پیشرفت می‌کند و به جلو حرکت می‌کند.”

این مطالعات شواهدی را ارائه داده است که نشان می‌دهد شیء ثانویه در LB-1 در واقع یک سیاه‌چاله فوق پر جرم و فوق کمیاب نیست. آل بدری گفت با این وجود، این موضوع بسیار جالب است و ارزش مطالعه بیشتر دارد.

از آنجا که توجه زیادی به مطالعه اصلی صورت گرفته است و تحلیل‌های بعدی انجام شده است، علاقه به مطالعه سیستم LB-1 و سیستم‌هایی مانند آن افزایش یافته است.

دانشمندان می‌توانند با شناسایی و مطالعه سیاهچاله‌های غیر برهم کنشی مانند LB-1 اطلاعات بیشتری در مورد این اشیاء دست نیافتنی کسب کنند. گفته می‌شود که آنها در فضا زیاد هستند، اما آنها مانند نقطه به نظر می‌رسند چون اشعه x منتشر نمی‌کنند.

سیاهچاله‌های غیر برهم‌کنشی

تامپسون گفت: “می‌توانید به دنبال این سیاه‌چاله‌های غیر برهمکنشی باشید و آنها قطعاً سیستم بسیار جالبی دارند.” وی افزود: “جمعیتی از سیاهچاله‌ها در ستارگان سیستم دوتایی وجود دارد و هیچ برهمکنش فعالی بین دو مؤلفه آنها وجود ندارد”.

علاوه بر این، ممکن است جالب باشد که دانشمندان همچنان تحقیق کنند که این خط نشر اچ-آلفا  دقیقاً از کجا آمده است. مقالاتی که مجدداً LB-1 را مورد بررسی قرار می‌دهند، حاکی از این است که “این امکان وجود دارد که مواد اطراف سیستم دوتایی آن را به خود اختصاص دهند، اما این یک راز جزئی است … خوب است که یک راز در نتیجه وجود داشته باشد.”

ما  برای اظهارنظر به سراغ تیم لئو رفت و لئو گفت: “ما در حال نوشتن یک مقاله برای پرداختن به همه این قضایا هستیم.  “وی افزود که تیمش انتظار دارد که هفته آینده این مقاله منتشر شود.