دانشمندان از فضاپیمای XRISM برای پیش بینی سرنوشت ماده در اطراف یک سیاهچاله بسیار پرجرم استفاده می کنند
به گزارش مجله نجم
هفته سیاه چاله در این نقطه در اوج است و ناسا برای جشن گرفتن، رصدهای خیره کننده ای از هسته یک کهکشان مارپیچی دوردست و همچنین سیاهچاله بسیار پرجرم موجود در آن هسته منتشر کرده است.
این مشاهدات توسط ماموریت تصویربرداری و طیف‌سنجی اشعه ایکس (XRISM) به رهبری آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) با مشارکت ناسا انجام شد. نمایش مرکز کهکشان مارپیچی NGC 4151.
این کهکشان که در فاصله 43 میلیون سال نوری از ما قرار دارد (به اضافه سیاهچاله عظیم آن که جرمی معادل 20 میلیون خورشید دارد) به لطف اضافه شدن امواج رادیویی به رنگ قرمز پر جنب و جوش و آبی روشن دیده می شود. این افزوده از طریق داده های آرایه بسیار بزرگ (VLA) و آرایه تلسکوپ ایزاک نیوتن به دست می آید.
با این حال، یادداشت های XRISM (تلفظ “بحران”) بیش از ارزش زیبایی شناختی آنها وجود دارد. یک تلسکوپ فضایی اشعه ایکس توانسته است نشانه های آهن را در هسته فعال کهکشانی (AGN) تشخیص دهد و این می تواند به تعیین سرنوشت ماده ای که به دور سیاهچاله هیولایی خود می چرخد، کمک کند.
مربوط: تصویری از ناحیه مرکزی کهکشان مارپیچی NGC 4151 که خانه یک سیاهچاله بسیار پرجرم است.
برایان ویلیامز، دانشمند پروژه XRISM ناسا در مرکز پرواز فضایی گدارد، در بیانیه ای گفت: “ابزار XRISM’s Resolve محدوده دقیقی از منطقه اطراف سیاهچاله را ثبت کرد.” قله‌ها و فرورفتگی‌ها مانند اثر انگشت شیمیایی هستند که می‌توانند به ما بگویند چه عناصری وجود دارند و سرنخ‌هایی درباره سرنوشت ماده با نزدیک شدن به سیاهچاله آشکار می‌کنند.
درایو سیاهچاله فوق العاده
مانند تمام هسته‌های فعال کهکشانی، موتور مرکزی NGC 4151 به شدت می‌درخشد، زیرا از یک سیاهچاله بسیار پرجرم تغذیه می‌کند که فعالانه از مواد اطراف تغذیه می‌کند.
با این حال، همه سیاهچاله های کلان پرجرم آنقدر حریص نیستند. برای مثال، Sagittarius A* (Sgr A*) در قلب کهکشان ما، کهکشان راه شیری، رژیم غذایی بسیار کمی دارد که اگر انسان بود، با حدود یک دانه برنج در هر میلیون سال زنده می ماند.
از سوی دیگر، برای هسته‌های فعال کهکشانی، گاز و غباری که سیاهچاله غول پیکر را تغذیه می‌کند، یک ابر مسطح به نام دیسک برافزایشی را در اطراف خود سیاهچاله تشکیل می‌دهد. گرانش بسیار زیاد سیاهچاله همچنین نیروهای جزر و مدی شدیدی را در این قرص برافزایش ایجاد می‌کند و دیسک را گرم می‌کند و باعث می‌شود آن را درخشان کند.
علاوه بر این، ماده ای که در دهان یک سیاهچاله هیولا نیفتد، می تواند توسط میدان های مغناطیسی قوی به سمت قطب های بدن هدایت شود که این ذرات را تا سرعت نزدیک به نور شتاب می دهد و باعث می شود آنها به شکل جت های دوقلو آزاد شوند. از هر قطب این وضعیت با انفجاری از تشعشعات الکترومغناطیسی همراه است که وقتی با گسیل‌های دیسک برافزایشی ترکیب می‌شود، اغلب AGN را درخشان‌تر از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان اطراف می‌کند.
AGN در NGC 4151 حتی برای چنین منطقه فعالی از کهکشان بسیار درخشان است و کنتراست بالایی را نشان می دهد. این، همراه با این واقعیت که در قلب یکی از نزدیک ترین کهکشان های فعال شناخته شده قرار دارد، سیاهچاله در NGC 4151 را به موضوعی ایده آل برای مطالعه تبدیل می کند.
هسته‌های فعال قبلاً توسط تلسکوپ فضایی هابل و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا مورد بررسی قرار گرفته‌اند تا اطلاعات بیشتری در مورد برهم‌کنش بین سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم و محیط اطراف آن بیابند. درک پویایی این دو چیز می تواند نشان دهد که چگونه رشد این غول های کیهانی بر رشد کهکشان های اطراف آنها تأثیر می گذارد.
XRISM کالری ها را می شمارد
XRISM در مورد مطالعه AGN در NGC 4151 مزیت خاصی نسبت به هابل دارد. این کهکشان در پرتوهای ایکس خاصی که XRISM در مطالعه آن مهارت دارد، به طور غیرعادی درخشان است.
XRISM با استفاده از ابزار Resolve خود که جهان را تنها با استفاده از 36 پیکسل مطالعه می کند، توانست طیف نوری که از AGN ها می آید را بازسازی کند. از آنجایی که عناصر و ترکیبات شیمیایی نور را در طول موج‌های مشخصی جذب و ساطع می‌کنند، «اثر انگشت» خود را در چنین طیف‌هایی بر جای می‌گذارند. مطمئناً، در طیف محلول از هسته NGC 4151، دانشمندان توانستند انرژی‌های مرتبط با پیک AGN را در زیر خط انتشار مشخصه مرتبط با عنصر آهن شناسایی کنند.
دانشمندان فرض کرده اند که اکثریت قدرت AGN ها از طریق اشعه ایکس دیده می شود که از مناطقی از ماده داغ و سوزنده موجود در قرص برافزایشی در نزدیکی سیاهچاله مرکزی سرچشمه می گیرد. وقتی این پرتوهای ایکس از نواحی سردتر و متراکم‌تر همان ابر چرخان ماده منعکس می‌شوند، تصور می‌شود که باعث درخشش آهن در آن مناطق می‌شوند که در واقع این کشف را توضیح می‌دهد.
این بدان معناست که کشف آهن و قله اشعه ایکس در اطراف این سیاهچاله عظیم تصویر واضح تری از پدیده های یافت شده در چنین دیسک ها و نقاط انفجاری ارائه می دهد.
طیف هسته‌های کهکشانی فعال در هسته NGC 4151 نیز خطوط جذب مشخصی را برای آهن در اطراف آن نشان می‌دهد. به نظر می رسد آهن در این نواحی جذب شده و منتشر نمی شود، زیرا سردتر از نقاط سوزان در قرص برافزایشی نزدیک سیاهچاله هستند.
تمام این تشعشعات حدود 2500 برابر پرانرژی تر از نور در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی است، تنها نوع نوری که چشمان ما برای دیدن آن تکامل یافته است.
اگرچه این نتیجه خاص از XRISM بر آهن متمرکز است، اما این به هیچ وجه تنها عنصری نیست که تلسکوپ اشعه ایکس می تواند تشخیص دهد. این ماهواره همچنین می تواند عناصر گوگرد، کلسیم، آرگون و سایر عناصر را در هسته های فعال کهکشانی (و همچنین سایر اجرام آسمانی) بسته به منبع شناسایی کند.
هر یک از این عناصر می توانند جنبه های متفاوتی از داستان اجرام آسمانی که آنها را احاطه کرده اند و یا حتی آنها را تشکیل می دهند را به دانشمندان بازگو کنند. این امر XRISM را به ابزاری حیاتی در نجوم آینده و تلاش‌ها برای رمزگشایی آسمان پرتو ایکس تبدیل می‌کند.
