اخترشناسان چگونه جرم یک سیاهچاله را اندازه می‌گیرند؟

اخترشناسان از چند راه می‌توانند جرم را اندازه بگیرند. ساده‌ترین راه زمانی‌ است که جرم عضو یک سامانه‌ی دوتایی است. تفاوت نمی‌کند چه اجرامی در سامانه باشند – دو ستاره، یک ستاره و یک ستارۀ نوترونی، یک ستاره و یک سیاهچاله و …- هر چه باشند مدارشان پیرو قوانین حرکت کپلر است که به یک دانشمند اجازه می‌دهد جرم را بر پایۀ سرعت اجرام و اندازۀ مدار دوجانبه‌شان اندازه بگیرد.

ASYSK

علاوه بر این، هنگامی که دو جرم مانند ستارگان نوترونی یا سیاهچاله‌ها با هم ادغام می‌شوند، امواج گرانشی‌ تولید می‌کند که به اخترشناسان دربارۀ جرم اعضای آغازین، و همچنین جرم چیزی که از ادغامشان به جا گذاشته‌، اطلاعات می‌دهد. اندازه‌گیری جرم یک ستاره‌ نوترونی در یک سامانه‌ی دوتایی کاری ساده است (در تصویر هنری بالا یک سیاهچاله را می‌بینیم که دارد مواد را از همدم ستاره‌ای خود می‌کشد). اخترشناسان با دیدن چرخش دو جرم به دور یکدیگر می‌توانند از قوانین حرکت کپلر بهره جسته و جرم آنها را به دست بیاورند.

اما برای یک ستارۀ نوترونیِ تنها یا یک سیاهچاله‌ی تنها چه؟

یک ستاره‌ نوترونی می‌تواند یک تپ‌اختر باشد. تپ‌اخترها ستارگان نوترونی چرخانی‌ هستند که باریکه‌هایی از پرتوهای پرانرژی از قطب‌هایشان منتشر می‌کنند. اگر این باریکه‌ها از روی شانس، رو به زمین باشند، اخترشناسان می‌توانند چشمه‌ی آن را بعنوان یک ستاره‌ نوترونی شناسایی کنند. سیگنال‌های یک تپ‌اختر همگام با چرخش آن با دوره‌ای منظم پدیدار می‌شوند.

و برخی از تپ‌اخترها گِلِس‌هایی (نقص، glitch) دارند که باعث می‌شود آنها به طور زودگذر و موقت سریع شوند. به باور اخترشناسان، گلس‌ها دستاورد برهم‌کنش میان مواد هستۀ ستاره‌ نوترونی و پوسته‌ی آن هستند. ردیابی یک گلس در زمان رخ دادنش می‌تواند دربارۀ دمای درونی ستاره به ما آگاهی بدهد.

پژوهشی که سال ۲۰۱۵ در نشریه‌ Science Advances منتشر شده بود، نشان می‌داد که اگر پژوهشگران سن ستاره‌ نوترونی را بدانند، می‌توانند با بهره از گلس‌ها دمای کنونیِ درونِ آن را اندازه بگیرند و آن را با مدل‌هایی از شکل احتمالیِ درونِ ستاره‌ نوترونی مقایسه کنند. این مدل به نوبۀ خود به محققان اجازه می‌دهد جرم ستاره را بر پایه‌ی دما و سن آن اندازه بگیرند.

black hole neutron mn cdffbcfbbd.nbcnews fp

جرم یک سیاهچالۀ ستاره‌ایِ تنها (سیاهچاله‌ی ستاره‌وار، سیاهچاله‌ای که از مرگ یک تک-ستاره‌ پدید آمده) را نمی‌توان با دقت اندازه گرفت، ولی جرم ابرسیاهچاله‌ی مرکزی یک کهکشان را می‌توان محاسبه کرد. دلیلش این است که اخترشناسان به رابطه‌ای میان جرم یک ابرسیاهچاله (سیاهچاله‌ی ابرپرجرم) و جرم ساختار کره‌گونِ پیرامونش (برآمدگی مرکزی کهکشان) دست می‌یابند. همچنین رابطه‌ای میان حرکت ستارگان در برآمدگی مرکز کهکشان و جرم ابرسیاهچاله‌اش وجود دارد. بنابراین اخترشناسان می‌توانند یکی یا هر دوی این مقدارها را اندازه‌گیری کرده و جرمِ ابرسیاهچالۀ مرکزی کهکشان را به دست آورند.

با این همه درباره‌ی ابرسیاهچاله‌ مرکز کهکشان راه شیری، اخترشناسان جابجایی ستارگان پیرامون آن را در طی چند سال مشاهده کرده‌اند. این امر به آنان اجازه داده تا با بهره از قوانین کپلر جرم آن را اندازه بگیرند: این جرم ۴.۳ میلیون برابر جرم خورشید است.

فیسبوک توییتر گوگل + لینکداین تلگرام واتس اپ کلوب

دیدگاهتان را بنویسید