چه می‌شود اگر سیاه‌چاله غول‌پیکر مرکز راه شیری بیدار شود؟

دانشمندان یک ناهنجاری کیهانی را در کهکشانی دوردست شناسایی کرده‌اند که می‌تواند آینده‌ای نگران‌کننده را برای حیات در کهکشان راه شیری به تصویر بکشد. این کشف نشان می‌دهد که مدل‌های فعلی ما درباره تکامل کهکشان‌ها ممکن است نادرست باشند.

ستاره‌شناسان موفق به شناسایی سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم و درحال فوران شده‌اند که برخی از بزرگ‌ترین فواره‌هایی را تولید می‌کند که تاکنون از یک کهکشان هم‌شکل با راه شیری دیده شده است. این کهکشان همچنین نسبت به محله‌ی کیهانی ما مقدار بسیار بیشتری «ماده تاریک» دارد که نشان‌دهنده وجود ارتباط بین سیاه‌چاله‌های فعال و فراوانی این مواد مرموز در جهان است.

کهکشان مارپیچی عظیم 2MASX J23453268−0449256 که به اختصار J2345-0449 نامیده می‌شود، سه برابر بزرگ‌تر از راه شیری است و ۹۴۷ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد؛ درحالی‌که طول فواره‌های فوران‌کننده از آن به‌تنهایی ۶ میلیون سال نوری می‌رسد.

حال اگر سیاه‌چاله کلان‌جرم J2345-0449، با جرم تخمینی معادل ۱٫۴ میلیارد خورشید، بتواند به این شدت فوران کند، آیا ممکن است سیاه‌چاله کلان‌جرم کهکشان ما، یعنی «کمان ای*» (Sgr A*) نیز به همین شکل عمل کند؟ و اگر چنین اتفاقی بیفتد، این موضوع چه تأثیری بر حیات در کهکشان راه شیری خواهد داشت؟

هرچند در گذشته فواره‌های بزرگ‌تر مانند نمونه‌ی معروف به «پورفیریون» که طول آن به ۲۳ میلیون سال نوری می‌رسد، مشاهده شده‌اند، این نوع فوران‌های عظیم معمولاً با کهکشان‌های بیضوی و نه مارپیچی مرتبط هستند.

«جوی‌دیپ باگچی»، رهبر تیم تحقیقاتی در بیانیه‌ای گفت: «این کشف فراتر از یک ناهنجاری است و ما را به تفکر مجدد درباره تکامل کهکشان‌ها و نحوه رشد سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ در آن‌ها و تأثیر آن‌ها بر محیط اطراف وادار می‌کند. اگر یک کهکشان مارپیچی بتواند نه تنها در چنین شرایط سختی زنده بماند بلکه شکوفا شود، این امر برای آینده کهکشان‌هایی مانند راه شیری چه معنایی خواهد داشت؟»

تیم تحقیقاتی با بهره‌گیری از «تلسکوپ فضایی هابل»، «رادیو تلسکوپ غول‌آسای متروویو» و «آرایه میلی‌متری/زیرمیلی‌متری بزرگ آتاکاما» (ALMA)، موفق به شناسایی ابرفواره‌ی رادیویی شگفت‌انگیز شد.

در گذشته، دانشمندان بر این باور بودند که فواره‌های شدید و قدرتمندی که از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌های مارپیچی خارج می‌شوند، می‌توانند ساختار این کهکشان‌ها، به ویژه بازوهای مارپیچی را که ویژگی‌های بارز آن‌ها هستند، به شدت مختل کنند.

علاوه‌براین، کهکشان دوردست مورد بحث توسط یک هاله بزرگ از گاز احاطه شده است. در بسیاری از کهکشان‌ها، این ماده معمولاً خنک شده و متراکم می‌شود تا ستاره‌های جدیدی شکل بگیرد. اما در مورد J2345-0449، سیاه‌چاله مرکزی به عنوان کوره کیهانی عمل می‌کند و این هاله گاز را گرم و اشعه‌های ایکس تولید می‌کند که مانع از شکل‌گیری ستاره‌های جدید می‌شود.

پرتوهای کیهانی، پرتوهای گاما و اشعه‌های ایکس که همگی ناشی از فواره‌های عظیم سیاه‌چاله‌ای در مرکز این کهکشان هستند، هرگونه حیات احتمالی را که ممکن است در J2345-0449 وجود داشته باشد، تهدید می‌کنند.

همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، بین کهکشان J2345-0449 و کهکشان راه شیری تفاوت‌های قابل‌توجهی وجود دارد. یکی از این تفاوت‌ها این است که کهکشان ما تنها یک‌سوم خویشاوند دورش اندازه دارد. همچنین، سیاه‌چاله‌های مرکزی این دو کهکشان نیز از نظر اندازه بسیار متفاوت هستند.

تخمین زده می‌شود که سیاه‌چاله کلان‌جرم J2345-0449 بین ۲۵۰ میلیون تا ۱٫۴ میلیارد برابر جرم خورشید باشد؛ در حالی که کمان ای* با جرمی حدود ۴٫۳ میلیون خورشید، به مراتب کوچک‌تر است.

سیاه‌چاله J2345-0449 به شدت ناپایدار است و به طرز طمع‌کارانه‌ای از گاز و غبار فراوانی که در اطرافش در دیسک برافزایشی می‌چرخد، تغذیه می‌کند. موادی که توسط این سیاه‌چاله بلعیده نمی‌شوند، به قطب‌های آن رانده و با سرعتی نزدیک به نور به صورت فواره‌های دوقلوی قدرتمند پرتاب می‌شوند.

در حال حاضر، کمان ای* فاقد چنین فواره‌های قدرتمندی است؛ زیرا مقدار زیادی ماده برای تغذیه در دسترس آن قرار ندارد. البته مناقشاتی درباره وجود یا نبود فواره‌ها در این سیاه‌چاله وجود دارد. اگر تصور کنیم سیاه‌چاله مرکزی کهکشان ما یک انسان است، انگار هر یک میلیون سال تنها با یک دانه برنج زندگی می‌کند.

بااین حال اگر کمان ای* بتواند یک ابر گاز بزرگ یا یک ستاره را شکار و شروع به بلعیدن آن کند، ممکن است وضعیت به سرعت تغییر کند. این نوع رویداد به عنوان «اختلال جزر و مدی» (TDE) شناخته می‌شود و در حالی که ما بسیاری از این رویدادها را در کهکشان‌های دیگر مشاهده کرده‌ایم، هنوز هیچ کدام را در مورد کمان ای* ندیده‌ایم.

اگر یک ستاره توسط کمان ای* در رویداد اختلال جزر و مدی (TDE) از هم بپاشد، مواد باقی‌مانده از آن ستاره به سمت سیاه‌چاله ما سقوط کرده و دیسکی از مواد برافزایشی را تشکیل می‌دهند. این فرآیند می‌تواند به تولید فواره‌های نجومی منجر شود. تأثیر این فواره‌ها به عواملی مانند جهت‌گیری، قدرت و میزان انرژی که از خود ساطع می‌کنند، وابسته است.

اگر یکی از این فواره‌ها که حدود ۲۷هزار سال نوری با ما فاصله دارد، به‌طور مستقیم به سمت منظومه شمسی جهت‌گیری کند، می‌تواند جو سیارات را تخریب کند و به دی‌ان‌ای موجودات زنده در زمین آسیب برساند. تابش ناشی از این فواره‌ها ممکن است نرخ جهش‌های ژنتیکی را افزایش دهد. در صورتی که زمین به‌طور مستقیم تحت تأثیر چنین فواره‌ای قرار بگیرد، ذرات پرانرژی آن می‌توانند لایه اوزون را نابود کنند و موجب انقراض دسته‌جمعی شوند.

ویرانی احتمالی ناشی از فواره‌ها در کهکشان راه شیری بی‌سابقه نخواهد بود؛ دانشمندان بر این باورند که کهکشان ما در گذشته تحت تأثیر فواره‌های رادیویی وسیع قرار گرفته است. بااین‌حال، پیش‌بینی اینکه چه زمانی چنین فواره‌هایی دوباره از کمان ای* فوران خواهند کرد، تنها با شناسایی شواهد فعالیت‌های تاریخی آن امکان‌پذیر نیست.

یک معمای دیگر نیز درباره J2345-0449 وجود دارد که ستاره‌شناسان مشتاق بررسی آن هستند.

تیم تحقیقاتی در حین بررسی کهکشان J2345-0449، متوجه شد که این کهکشان که اندازه‌اش سه برابر راه شیری است، ظاهراً ده برابر ماده تاریک بیشتری نسبت به کهکشان ما دارد. ماده تاریک عملاً نامرئی است؛ زیرا بر خلاف ماده معمولی که شامل ستاره‌ها، سیاره‌ها، قمرها و همه چیزهایی است که در اطراف خود می‌بینیم، با نور هیچ‌گونه تعاملی ندارد.

بااین‌حال، ماده تاریک با گرانش ارتباط دارد و این موضوع برای کهکشان J2345-0449 اهمیت ویژه‌ای دارد. این کهکشان بزرگ و دوردست به قدری سریع در حال چرخش است که برای حفظ ساختار خود و جلوگیری از پخش‌شدن، به مقدار زیادی ماده تاریک نیاز دارد.

این اولین بار است که ستاره‌شناسان توانسته‌اند رابطه بین محتوای ماده تاریک یک کهکشان، ساختار آن و فعالیت سیاه‌چاله فوق‌العاده بزرگ مرکزی آن را ترسیم کنند. تیم تحقیقاتی بر این باور است که تقویت این ارتباط می‌تواند افق‌های جدیدی را در مطالعات علمی باز کند.

«شانکار ری»، یکی از اعضای تیم تحقیقاتی، گفت: «درک این کهکشان‌های نادر می‌تواند سرنخ‌های مهمی درباره نیروهای نادیدنی حاکم بر جهان، از جمله ماهیت ماده تاریک، سرنوشت بلندمدت کهکشان‌ها و منشاء حیات فراهم کند. در نهایت، این مطالعه ما را یک گام به حل معماهای کیهان نزدیک‌تر می‌کند و به ما یادآوری می‌کند که جهان هنوز شگفتی‌هایی فراتر از تصورات ما دارد.»

نتایج تحقیق در نشریه «یادداشت‌های ماهانه انجمن نجوم سلطنتی» منتشر شده است.