۴۰ کوینتیلیون سیاه چاله ستاره‌ای در فضا شناورند
بر اساس تخمین جدید دانشمندان، تعداد سیاه‌چاله‌های کوچک در جهان شگفت‌انگیز است. به نظر می‌رسد محاسبه‌ی این تعداد غیرممکن باشد. از طرفی رصد سیاه‌چاله کار آسانی نیست؛ زیرا سیاه‌چاله‌ها اجرامی تاریک هستند و تنها تحت شرایط خاص می‌توان آن‌ها را رصد کرد؛ مثلاً وقتی که نور را دور خود خم می‌کنند یا گازها و ستاره‌های اطراف خود را می‌بلعند یا وقتی که با جرم دیگری برخورد می‌کنند و امواج گرانشی را آزاد می‌کنند.
اما این محدودیت‌ها باعث نشدند دانشمندان از تخمین تعداد سیاه چاله‌ها دست بکشند. گروهی از اخترفیزیک‌دان‌ها با استفاده از روشی جدید که در تاریخ ۱۲ ژانویه در مجله‌ی Astrophysical منتشر کردند، تخمین جدید را برای تعداد سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای جهان ارائه دادند. جرم این سیاه‌چاله‌ها ۵ تا ۱۰ برابر جرم خورشید است.
آن‌ها به رقم شگفت‌انگیز ۴۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ یا ۴۰ کوینتیلیون سیاه‌چاله‌ی ستاره‌ای در جهان مرئی رسیدند که یک درصد از جرم ماده‌ی عادی را تشکیل می‌دهند؛ اما چگونه توانستند چنین رقم بزرگی را تخمین بزنند؟ الکسا سیسیلیا، اخترفیزیک‌دان دانشکده‌ی بین‌المللی مطالعات پیشرفته (SISSA) در تریسته‌ی ایتالیا و مؤلف ارشد مقاله، در این‌باره توضیح می‌دهد:
با ردیابی تکامل ستاره‌ها در جهان توانستیم تخمین بزنیم ستاره‌های انفرادی یا دوتایی در چه مقاطعی به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند. این اولین و یکی از پایدارترین محاسبات جرم سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای در نظریه‌ی کیهانی است.
برای تشکیل یک سیاه‌چاله ستاره‌ای بزرگ لازم است که جرم آن ۵ تا ۱۰ برابر جرم خورشید باشد. وقتی ستاره‌های بزرگ به پایان عمر خود می‌رسند، شروع به سوزاندن عناصر سنگین‌تری مثل سیلیکون یا منیزیم در هسته‌ی خود می‌کنند؛ اما وقتی این فرایند گداخت باعث شکل‌گیری آهن شود، ستاره در مسیر نابودی خود قرار می‌گیرد؛ زیرا آهن انرژی زیادی را برای گداخت می‌گیرد و باعث می‌شود ستاره توانایی خود برای غلبه بر نیروهای گرانشی حاصل از جرمش را از دست بدهد.
در نتیجه ستاره دچار فروپاشی داخلی می‌شود؛ در ابتدا هسته‌ی آن متراکم می‌شود و بعد تمام مواد نزدیک به آن وارد تراکم بی‌نهایتی به نام تکینگی می‌شوند. ستاره در این مرحله به یک سیاه‌چاله تبدیل می‌شود و فراتر از مرزی به نام افق رویداد هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند از کشش گرانشی آن فرار کنند.
اخترفیزیک‌دان‌ها برای رسیدن به این تخمین نه‌تنها زندگی ستارگان بلکه پیش از زندگی آن‌ها را هم مدلسازی کردند. آن‌ها با استفاده از آمار مشخص کهکشان‌های مختلف مثل اندازه، عناصر و اندازه‌ی ابرهای گازی؛ مدلی از جهان را ساختند که به شکلی دقیق اندازه‌ی مختلف ستاره‌ها و آمار تولد آن‌ها را در برمی‌گیرد.
پژوهشگران پس از اندازه‌گیری سرعت تشکیل ستاره‌هایی که در نهایت به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند، با استفاده از داده‌هایی مثل جرم و فلزی بودن ستاره‌ها (فراوانی عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم) به مدلسازی زندگی و مرگ ستاره‌ها پرداختند تا بتوانند درصد ستاره‌های کاندیدی را که به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند، شناسایی کنند. پژوهشگران همچنین با بررسی ستاره‌ها در سیستم‌های دوتایی و محاسبه‌ی سرعت برخورد و ادغام سیاه‌چاله‌ها مطمئن شدند که در محاسبه‌ی تعداد سیاه‌چاله‌ها اغراق نمی‌کنند. همچنین نشان دادند که چگونه این ادغام‌ها بر توزیع سیاه‌چاله‌ها در جهان تأثیر می‌گذارند.
پژوهشگرها با توجه به محاسبات یادشده به طراحی مدلی پرداختند که جمعیت و اندازه‌ی توزیع کهکشان‌های ستاره‌ای را به مرور زمان ردیابی می‌کند. آن‌ها سپس با مقایسه‌ی تخمین داده‌های برگرفته از امواج گرانشی یا نوسان‌های فضازمانی که بر اثر ادغام ستاره‌های دوتایی و سیاه‌چاله‌ها شکل گرفتند، تأیید کردند که مدلشان سازگار با داده‌ها است.
اخترفیزیک‌دان‌ها امیدوار هستند از تخمین جدید برای پاسخ به پرسش‌های گیج‌کننده‌ای که از رصد‌های جهان آغازین به وجود آمدند استفاده کنند. برای مثال چگونه جهان آغازین بلافاصله پس از بیگ‌بنگ به سرعت با مجموعه‌ای از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم پر شد که جرم اغلب آن‌ها میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر بیشتری از سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای است.
ازآنجاکه سیاه‌چاله‌های غول آسا از ادغام سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای کوچک‌تر یا هسته‌های سیاه‌چاله‌ای به وجود آمده‌اند، پژوهشگرها امیدوار هستند با رسیدن به درک بهتری از چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کوچک در جهان آغازین بتوانند به منشأ خویشاوندان کلان‌جرم آن‌ها پی ببرند. به گفته‌ی لومن بوکو، اخترفیزیک‌دان SISSA:
پژوهش ما نظریه‌ای پایدار را برای نسلی از هسته‌های نوری سیاه‌چاله‌های کلان جرم با ردشیفت بالا فراهم می‌کند که می‌تواند نقطه‌ی شروعی برای بررسی منشأ هسته‌های سنگین باشد که در مقاله‌ی بعدی به آن خواهیم پرداخت.
نظرات