شاید سیاه‌چاله‌ای در مرکز راه شیری وجود نداشته باشد
براساس فرضیه‌ای مستند، سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم در مرکز کهکشان راه شیری وجود دارد؛ اما بشر نمی‌تواند به این نقطه دسترسی پیدا کند. بااین‌حال، آیا ممکن است در مرکز کهکشان سیاه‌چاله‌ای وجود نداشته باشد؟ ویژگی‌های سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز راه شیری معروف به ساگیتاریوس A* یا کمان ای* براساس تأثیر گرانشی آن بر اجرام دیگر مثل مدارهای عجیب ستاره‌های اطراف مرکز کهکشان استنتاج می‌شود؛ اما اگر این تشخیص اشتباه باشد، چه اتفاقی می‌افتد؟
اگر سیاه‌چاله‌ای در مرکز کهکشان نباشد یا جرم سنگین مرکز کهکشان درواقع هسته ماده تاریک باشد، چه می‌توان گفت؟ طبق پژوهشی جدید، اگر مرکز کهکشان درواقع هسته ماده تاریک باشد، توجیه بهتری برای توصیف مدارهای مرکز کهکشان و سرعت‌های اولیه مدار در مناطق بیرونی‌تر کهکشان وجود دارد. مقاله یادشده برای مجله MNRAS پذیرفته شده است و هم‌اکنون می‌توانید آن را در پایگاه پیش‌انتشار arXiv پیدا کنید. در این مطلب، به پس‌زمینه‌های مربوط به این فرضیه اشاره می‌کنیم.
در دو دهه گذشته، مدار ستاره‌ای به نام S2 سوژه بسیاری از پژوهش‌ها بوده است. این ستاره روی مدار شانزده‌ساله‌ای در اطراف مرکز کهکشان قرار دارد؛ حلقه‌‌ای بیضی‌شکل و طویل که آزمایشگاهی بی‌نقص برای آزمایش‌های نسبیت عام به‌شمار می‌رود.
در پژوهش‌های گذشته، دو تیم مجزا نشان دادند که نسبیت نه‌تنها در محیط فضازمانی مرکز کهکشان صدق می‌کند؛ بلکه نتایج آن با سیاه‌چاله کلان‌جرمی با جرم چهارمیلیون برابر خورشید سازگار است. سپس، بحث جرمی به نام G2 مطرح شد. G2 که در مداری بیضوی قرار دارد، در نزدیک‌ترین نقطه مدار به مرکز کهکشان در سال ۲۰۱۴ رفتاری عجیب از خود نشان داد. این جرم از جرمی فشرده و عادی به جرمی طویل و کشیده تبدیل شد و سپس دوباره به حالت عادی بازگشت.
رفتار G2 بسیار عجیب بود و ماهیت آن هنوز ناشناخته است؛ اما هرچه باشد، حرکت مداری آن در نزدیک‌ترین نقطه به سیاه‌چاله نوعی کشیدگی را نشان می‌داد که به‌گفته تیم اخترفیزیکی به رهبری ادوار آنتونیو بسرا وگارا از مرکز بین‌المللی اخترفیزیک نسبیتی، این یافته کاملا با مدل سیاه چاله ناسازگار است. سال گذشته، پژوهشگران نشان دادند S2 و G2 با مدل متفاوتی سازگار هستند: فرمیون‌های ماده تاریک که به آن‌ها دارکنینو هم گفته می‌شود. این ماده به‌اندازه کافی سبک است و به سیاه‌چاله تبدیل نمی‌شود؛ در‌نتیجه به‌شکل حبابی متراکم و عظیم در مرکز راه شیری باقی می‌ماند و اطراف آن را مه پراکنده‌ای به‌سمت لبه‌ها احاطه کرده است.
S2 و G2 تنها اجرام موجود در مدار مرکز کهکشان نیستند. پژوهشگران مدل خود را به هفده ستاره دیگر در مدار مرکز کهکشان تعمیم دادند که به ستاره‌های S معروف هستند و به نتایج جالبی رسیدند. یافته‌های آنان با این ستاره‌ها هم منطبق بود. براساس محاسبات، ممکن است حبابی متراکم از ماده تاریک در مرکز کهکشان وجود داشته باشد که در دامنه‌های بیرونی کهکشان از تراکم آن کاسته می‌شود.
طبق یافته‌های قبلی، ماده تاریک به‌طور انکارناپذیری یکی از رازهای بزرگ جهان است. دلیل نام‌گذاری این ماده اسرارآمیز آثار گرانشی آن است که با ماده معمولی توصیف‌شدنی نیست. ماده معمولی همان ستاره‌ها و غبارها و کهکشان‌ها هستند. برای مثال، اگر کهکشان ها صرفا تحت‌تأثیر ماده معمولی بودند، با سرعت بیشتری به‌چرخش درمی‌آمدند. لنز گرانشی یا خمیدگی فضازمان اطراف اجرام سنگین بسیار قوی‌تر از حد تصور است. این پدیده جاذبه‌ای مضاعف تولید می‌کند که کشف مستقیم آن فراتر از توانایی‌های انسان است.
فقط می‌دانیم ماده تاریک بر اجرام دیگر تأثیر گرانشی می‌گذارد. هسته فعال کهکشان مانند سیاه‌چاله کلان‌جرم کهکشان M87* که حدود ۶/۵ میلیارد برابر جرم خورشید است، سازگاری بیشتری با مدل سیاه‌چاله دارند. به پیشنهاد پژوهشگران، توده ماده تاریک فراتر از جرم بحرانی می‌تواند به سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم تبدیل شود. این پدیده به توصیف شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم کمک می‌کند؛ زیرا هیچ ایده‌ای از میزان بزرگی آن‌ها و چگونگی شکل‌گیری تعداد زیادی از آن‌ها در جهان آغازین وجود ندارد.
ماده تاریک نزدیک به ۸۰ درصد از ماده جهان را تشکیل می‌دهد. تعداد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و انواع دیگر برای قرارگیری در این دسته کافی نیستند؛ اما پژوهشگران نشان نمی‌دهند این مواد از کجا آمده‌اند. روش آن‌ها کاندیدی از ماده تاریکی را ارائه می‌دهد که به توصیف ماهیت سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم هم کمک می‌کند. تحلیل‌های بعدی می‌توانند ما را بیشتر به حقیقت نزدیک کنند.
پژوهش مذکور را MNRAS Letters پذیرفته و در پایگاه arXiv موجود است.
نظرات