سیاه‌چاله کلان‌جرم جریان پرانرژی مواد را به سمت زمین پرتاب کرد

یکی از فضاپیماهای ناسا، سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم را در حال انتشار جریان‌های پرانرژی به سمت زمین رصد کرده است. بااین‌حال جای نگرانی نیست؛ زیرا این رویداد هرچقدر هم که ترسناک باشد، در فاصله‌ی بسیار امن ۴۰۰ میلیون سال نوری از ما قرار دارد.

سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم که فعالانه تغذیه می‌کنند، ازجمله نمونه‌ی مورد بحث در احاطه‌ی توده‌هایی چرخان از ماده به نام قرص‌های برافزایشی قرار دارند که درطول زمان آن‌ها را تغذیه می‌کنند. بخشی از موادی که بلعیده نمی‌شوند، به سمت قطب‌های سیاه‌چاله روانه و از آن‌جا با سرعت نزدیک به نور یا نسبیتی در فضا منتشر می‌شوند. این پدیده تابش‌های الکترومغناطیسی بسیار پرانرژی و درخشان را پدید می‌آورد و در برخی موارد مثل هدف اخیر ناسا، آن فواره مستقیم به سمت زمین نشانه می‌رود. به این رویدادها بلیزر گفته می‌شود.

بلیزر یادشده که مارکاریان ۴۲۱ نام‌گذاری شده و در صورت فلکی دب اکبر قرار دارد، با کاوشگر قطب‌سنجی پرتو ایکس ناسا (IXPE) که در دسامبر ۲۰۲۱ پرتاب شد، در دید پژوهشگران قرار گرفت. IXPE خاصیتی از میدان‌های مغناطیسی به نام قطبیدگی یا پُلاریزاسیون را که به جهت‌گیری میدان‌‌ها اشاره دارد، رصد می‌کند. قطبیدگی فواره‌ی منتشر شده از مارکاریان ۴۲۱، شگفتی بزرگی برای ستاره‌شناسان است؛ زیرا نشان می‌دهد بخشی از فواره که ذرات در آن شتاب می‌گیرند، خاستگاه میدانی مغناطیسی با ساختاری مارپیچی است.

فواره‌های بلیزر می‌توانند تا میلیون‌ها سال نوری در فضا کشیده شوند، اما مکانیزم‌های فعال‌کننده‌ی آن‌ها هنوز به خوبی درک نشده‌اند. با این‌حال، اکتشافاتی مثل فواره‌ی مارکاریان ۴۲۱ می‌توانند دیدگاه‌های جدیدی را درباره‌ی این پدیده‌ی کیهانی شگفت‌انگیز فراهم کنند.

دلیل اصلی درخشش بالای فواره‌های سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم این است که ذرات نزدیک‌شده به سرعت نور، مقدار زیادی انرژی ساطع و براساس فیزیک نظریه‌ی نسبیت خاص اینشتین رفتار می‌کنند. فواره‌های بلیزر نیز به درخشش بالایی می‌رسند؛ زیرا جهت‌گیری آن‌ها به سمت زمین باعث می‌شود طول موج‌های نور مرتبط با فواره‌ها انباشته شوند و به این ترتیب فرکانس و انرژی آن‌ها افزایش می‌یابد. این پدیده مشابه زمانی است که امواج صوتی آژیر آمبولانس در حین نزدیک شدن به ما تقویت می‌شوند و افزایش فرکانسشان باعث می‌شود صدای بلندتری بشنویم.

به این ترتیب، بلیزرها اغلب می‌توانند از نور ترکیبی تمام ستاره‌های کهکشان میزبانشان نیز بیشتر بدرخشند. اکنون IXPE از این نور برای ترسیم تصویری از خواص فیزیکی موجود در قلب فواره‌ی مارکاریان ۴۲۱ و حتی شناسایی نقطه‌ی مبداء پرتو درخشان استفاده کرده است.

پیش از این، مدل‌های فواره‌های بلیزر اشاره کرده بودند که این پدیده‌ها با میدان‌های مغناطیسی مارپیچ همراه هستند. با این‌حال آنچه پیش‌بینی نشده بود، این واقعیت است که مارپیچ مغناطیسی از مناطقی میزبانی می‌کند که ذرات در آن شتاب می‌گیرند.

پژوهشگرها رصدهای متعددی را از بلیرز مارکاریان انجام دادند و به قطبیدگی ثابت ۱۵ درصد برای آن رسیدند. براساس داده‌های IXPE، قطبیدگی بلیزر در رصد‌های اول و دوم تا صفر درصد کاهش یافت. بنابراین، پژوهشگرها به این نتیجه رسیدند که میدان مغناطیسی، دارای پیچ و تاب است. آن‌ها دریافتند که خاصیت قطبیدگی در واقع یکسان بوده، اما در طول دو روز ۱۸۰ درجه چرخیده است. سومین رصد، ستاره‌شناس‌ها را شگفت‌زده کرد، زیرا به نظر می‌رسید قطبیدگی با سرعت یکسانی در حال چرخش است.

درطول بررسی‌ها، اندازه‌گیری پرتوهای الکترومغناطیسی در طیف نوری، فروسرخ و رادیویی هیچ اثری از ثبات را در ساختار فواره نشان نمی‌داد و حتی پرتوهای ایکس هم تغییر کردند. این ویژگی‌ها نشان‌دهنده‌ی موجی ضربه‌ای بودند که در راستای میدان مغناطیسی پیچ‌خورده‌ی مارکاریان ۴۲۱ حرکت می‌کرد.

IXPE، نشانه‌های چنین پدیده‌ای را قبلا در بلیزر دیگری به نام مارکاریان ۵۰۱ هم دیده بود، اما یافته‌های جدید، ثابت کردند میدان مغناطیسی مارپیچی در حرکت موج ضربه‌ای که باعث افزایش شتاب ذرات تا سرعت‌های نسبیتی می‌شود، نقش دارد. پژوهشگرها، همچنان به رصد مارکاریان ۴۲۱ و شناسایی بلیزرهای دیگر برای یافتن ویژگی‌های مشابه ادامه خواهند داد تا بالاخره به مکانیزم درخشش بالای این پدیده‌ها پی ببرند.