کشف سنگین‌ترین سیاه‌چاله ستاره‌ای راه شیری در فاصله بسیار نزدیک به زمین

ستاره‌شناس‌ها سنگین‌ترین سیاه‌چاله‌ی ستاره‌‌وار را در کهکشان راه شیری کشف کردند که در فاصله‌ی نسبتا نزدیکی از زمین قرار دارد. این سیاه‌چاله با نام Gaia BH3 نزدیک به ۳۳ برابر سنگین‌تر از خورشید ما است.

سیگنوس X1 که در رتبه‌ی بعدی قرار دارد، تنها ۲۱ برابر خورشید جرم دارد. این سیاه‌چاله‌ی جدید با فاصله‌ی ۲۰۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی عقاب جای گرفته است و به این ترتیب، دومین سیاه‌چاله شناخته‌شده‌ی نزدیک به زمین به شمار می‌رود.

سیاه‌چاله‌ها به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند: سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌ها که هنوز درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری آن‌ها ابهاماتی وجود دارد و سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای که از طریق ابرنواختر در پایان عمر ستاره‌ها شکل می‌گیرند.

پیش از ظهور آشکارسازهای موج گرانشی، سنگین‌ترین سیاه‌چاله‌ ستاره‌ای شناخته‌شده تنها اندکی سنگین‌تر از خورشید بود و این مسئله قابل درک بود؛ زیرا شدت انفجارهای ابرنواختر که به شکل‌گیری این نوع سیاه‌چاله‌ها می‌انجامد، به گونه‌ای است که تنها بخشی از جرم ستاره‌ی در حال مرگ به سیاه‌چاله تبدیل می‌شود.

بعدها داده‌های موج گرانشی دریافت شدند و تعداد زیادی از سیاه‌چاله‌های سنگین‌تر با ابعاد ده‌ها برابر خورشید را کشف کردیم؛ اما تنها در شرایطی قادر به کشف آن‌ها بودیم که با سیاه‌چاله‌ای دیگر برخورد کنند. حالا به لطف مأموریت گایا، به شواهدی عینی از بزرگ‌ترین سیاه‌چاله غیرکلان‌جرم در راه شیری رسیدیم. به دلیل نزدیک بودن Gaia BH3 جمع‌آوری اطلاعات و رصد آن کار آسانی است.

هیچ نوری نمی‌تواند از سیاه‌چاله‌ها بگریزد؛ بنابراین اغلب سیاه‌چاله‌ها از طریق درخشش مواد درخشان اطرافشان که درون آن‌ها سقوط می‌کنند، کشف می‌شوند. با این‌حال BH3 سیاه‌چاله‌ای خاموش است و هیچ موادی را نمی‌بلعد. پژوهشگرها این سیاه‌چاله را بر اساس حرکت عجیب ستاره‌ای که به نظر می‌رسید در مدار فضایی خالی می‌چرخید، کشف کردند.

سیاه‌چاله Gaia BH3 به آرامی در منظومه‌ای دوتایی خفته است؛ اما آن را بر اساس تأثیر گرانشی‌اش می‌شناسیم. فضاپیمای گایا، مأموریت آژانس فضایی اروپا برای نقشه‌نگاری از موقعیت و حرکت بسیاری از درخشان‌ترین ستاره‌های راه شیری است که این کار را با عکس‌برداری از آن‌ها از زاویه‌های مختلف انجام می‌دهد. این ماهواره همچنین داده‌های اولیه درباره‌ی نور ستاره‌ها را جمع‌آوری می‌کند که امکان تخمین مواردی مثل سن و ترکیب را می‌دهند. گایا علاوه بر حرکت ستاره‌ها در کهکشان می‌تواند موقعیت نسبی آن‌ها نسبت به زمین را هم اندازه‌گیری کند. این روش برای آشکارسازی برهم‌کنش‌های مداری مثل وجود ستاره‌های همراه یا سیاره‌های فراخورشیدی سودمند است.

هر ستاره‌ای در کهکشان راه شیری نسبت به ستاره‌های دیگر درحال حرکت است. تمام ستاره‌ها حول مرکز کهکشان می‌چرخند و ممکن است براثر اتفاقی در طول تاریخ خود به تکانه بیشتری برسند. برای مثال ممکن است با همسایه‌های خود برهم‌کنش داشته باشند یا بخشی از کهکشانی کوچک‌تر باشند که جذب راه شیری شده است؛ اما حرکت آن‌ها تنها در مقیاس‌های بسیار بزرگ تغییر می‌کند. در مقابل، تمام ستاره‌ها تغییرات پیوسته‌ی حرکتی را در حین سفر کلی خود در کهکشان تجربه می‌کند. گروه گایا در پردازش این داده‌ها تلاش کرد حرکت کلی و نشانه‌‌های مربوط به قرار گرفتن یک ستاره در یک منظومه‌ی دوتایی را بررسی کند.

ستاره‌ای که حول محور سیاه‌چاله Gaia BH3 می‌چرخد، از نظر جرمی مشابه خورشید است، اما نوعی نوسان‌های تناوبی را نشان می‌داد که نشان‌دهنده‌ی قرار گرفتن آن در مداری مشترک با یک همراه نامرئی بود. بر اساس جرم و حرکت مداری ستاره‌ مرئی می‌توان جرم همراه نامرئی آن را تخمین زد.

ستاره‌شناس‌ها رصدهای گایا را با داده‌های بیشتری از تلسکوپ بسیار بزرگ واقع در صحرای آتاکامای شیلی ترکیب کردند و به‌این‌ترتیب توانستند وجود سیاه‌چاله را تأیید کنند. رصدها همچنین به یافتن یک اندازه‌گیری دقیق برای جرم جسم نامرئی منجر شد: در حد تقریبا ۳۳ برابر خورشید.

پژوهشگرها می‌خواهند برای پی بردن به چگونگی شکل‌گیری و تأثیر سیاه‌چاله گایا بر مواد اطراف بیشتر به بررسی آن بپردازند. یافته‌های اولیه نشان می‌دهند که ستاره‌ی همراه این سیاه‌چاله از نظر فلزی فقیر است. یا به‌بیان‌دیگر فاقد عنصرهای سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم است. این مشاهده ثابت می‌کند که سیاه‌چاله‌های کوچک می‌توانند از ستاره‌هایی تشکیل شوند که بخش کمتری از سوخت هسته‌ای خود را به عنصرهای سنگین‌ تبدیل می‌کنند.