شناسایی انبوهی از سیاهچالههای در حال حرکت به سمت کهکشان راه شیری
خوشه‌ی ستارگان سراسر آسمان ممکن است رازی در دل خود پنهان داشته باشند: گروهی از سیاهچالهها با جرم بیش از ۱۰۰ ستاره!
فرادید| خوشه ستاره‌ی گفته‌شده «پالومار 5» (Palomar ۵) نام دارد؛ یک جریان ستاره‌ای که در عرض ۳۰۰۰۰ سال نوری امتداد داشته و حدود ۸۰۰۰۰ سال نوری از ما فاصله دارد.
به گزارش فرادید، چنین خوشه‌های کروی معمولاً «فسیل» کیهان اولیه انگاشته می‌شوند که بسیار متراکم و کروی و معمولاً حاوی حدود ۱۰۰۰۰۰ تا ۱ میلیون ستاره بسیار قدیمی هستند و قدمت برخی از آن‌ها مانند NGC ۶۳۹۷ به اندازه خود کیهان است.
در هر خوشه‌ی کروی، تمام ستارگان آن در یک زمان و از یک ابر گازی شکل گرفتند. کهکشان راه شیری حدود ۱۵۰ خوشه کروی شناخته‌شده دارد. این اجرام ابزار بسیار خوبی برای مطالعه‌ی مثلاً تاریخ کیهان یا محتوای ماده تاریک کهکشان‌هایی هستند که به دور آن‌ها می‌چرخند.
اما نوع دیگری از گروه ستاره‌ای هست که توجه بیشتری را به خود جلب کرده است: جریان‌های جزر و مدی، رودخانه‌هایی طولانی از ستاره‌هایی که در سراسر آسمان کشیده شده‌اند.
در گذشته، شناسایی این جریان‌ها دشوار بود، اما با کار رصدخانه فضایی گایا برای نقشه‌برداری از کهکشان راه شیری با دقت بالا در سه بعد، شمار بیشتری از این جریان‌ها شناسایی شده است.
مارک گیلس، اخترفیزیکدان دانشگاه بارسلونا در اسپانیا سال ۲۰۲۱، وقتی محققان برای نخستین بار خبر این کشف را دادند، توضیح داد: «ما از نحوه‌ی شکل‌گیری این جریان‌ها بی‌خبریم، اما بر اساس یک فرضیه آن‌ها خوشه‌های ستاره‌ای از هم گسیخته هستند.»
با این حال، هیچ یک از جریان‌هایی که به تازگی کشف شدند خوشه ستاره‌ای مرتبط با خود ندارند و به همین دلیل ما نمی‌توانیم مطمئن باشیم. پس، برای فهمیدن چگونگی شکل‌گیری این جریان‌ها، باید یکی را با منظومه ستاره‌ای مرتبط با آن مطالعه کنیم که پالومار ۵ یکی از آن‌هاست و به همین دلیل است که ما آن را با دقت مطالعه کردیم. »
پالومار ۵ از این جهت خاص است که هم توزیع بسیار گسترده و آزادی از ستارگان دارد و هم یک جریان جزر و مدی طولانی که بیش از ۲۰ درجه از آسمان را در بر گرفته است.
این تیم از شبیه‌سازی‌های دقیق N جسمی برای بازآفرینی مدارها و تحولات هر ستاره در خوشه استفاده کرد تا ببیند آن‌ها چگونه به جایی که امروزی‌شان رسیدند.
از آنجا که شواهد تازه نشان می‌دهد جمعیت‌های سیاهچالهها می‌توانند در مناطق مرکزی خوشه‌های کروی وجود داشته باشند و از آنجا که فعل و انفعالات گرانشی با سیاهچالهها موجب دور شدن ستاره‌ها می‌شود، دانشمندان سیاهچالهها را در برخی شبیه‌سازی‌هاشان گنجاندند.
نتایج نشان داد که جمعیتی از سیاهچالهها با جرم ستاره‌ای در پالومار ۵ می‌تواند به پیکربندی که امروز می‌بینیم منجر شود. فعل و انفعالات مداری، ستارگان را از خوشه پرتاب کرده و به جریان جزر و مد می‌برد، اما با تعدادی از سیاهچالهها که بالاتر از پیش‌بینی‌ها است.
ستارگانی که نسبت به سیاهچالهها به شکل موثرتر و راحت‌تری از خوشه می‌گریزند، نسبت سیاهچالهها را تغییر داده و آن را تا حدی بالا می‌برند.
گیلس می‌گوید: «شمار سیاهچالهها تقریباً سه برابر بیشتر از آن چیزی است که از شمار ستاره‌های خوشه انتظار می‌رود، به این معنا که بیش از ۲۰ درصد جرم کل خوشه‌ها را سیاهچالهها شکل می‌دهند.»
«جرم هر کدام آن‌ها حدود ۲۰ برابر جرم خورشید است و در انفجارهای ابرنواختر در پایان عمر ستارگان پرجرم شکل گرفتند، زمانی که خوشه هنوز خیلی جوان بود.»
حدود یک میلیارد سال، شبیه‌سازی‌های تیم نشان داد که این خوشه به طول کامل از هم گسیخته خواهد شد. درست قبل از وقوع این اتفاق، چیزی که از خوشه باقی می‌ماند کاملاً از سیاهچاله تشکیل خواهد شد و به دور مرکز کهکشانی می‌چرخد. این اتفاق نشان می‌دهد پالومار ۵ خاص نیست، بلکه به طور کامل در یک جریان ستاره‌ای حل خواهد شد، درست مانند مواردی که کشف کرده‌ایم. »
همچنین نشان می‌دهد خوشه‌های کروی دیگر احتمالاً در نهایت عاقبت مشابهی خواهند داشت و تأیید می‌کند خوشه‌های کروی ممکن است مکان‌هایی عالی برای جستجوی سیاه‌چاله‌هایی باشند که در نهایت با هم برخورد خواهند کرد و همچنین کلاس گریزان سیاهچالههای میان‌وزن، بین سبک‌وزن‌های جرم ستاره‌ای و سنگین‌وزن‌های پرجرم.
فابیو آنتونینی، اخترفیزیکدان دانشگاه کاردیف در بریتانیا می‌گوید: «این باور وجود دارد که بخش بزرگی از پیوند سیاهچالههای دوتایی در خوشه‌های ستاره‌ای شکل می‌گیرد.»
«یک ناشناخته بزرگ این سناریو این است که در خوشه‌ها چه تعداد سیاهچاله وجود دارد، که به سختی می‌توان آن را از نظر رصدی محدود کرد، چون ما قادر به دیدن سیاهچال‌ها نیستیم. روش ما راهی ست تا با نگاه کردن به ستاره‌هایی که پرتاب می‌شوند، بفهمیم در یک خوشه ستاره‌ای چند سیاهچاله وجود دارد.»
مترجم: زهرا ذوالقدر
