سیاه‌چاله کلان‌جرم

نخستین نما از سیاه‌چالهٔ کلان‌جرم ۶٫۵ میلیارد برابر پرجرم‌تر از خورشید در تاریخ ۱۰ آوریل ۲۰۱۹ از مرکز کهکشان اِم۸۷

بالا: یک نقاشی تخیلی از یک سیاه‌چالهٔ کلان‌جرم در حال بلعیدن یک ستاره. پایین: تصاویری که اعتقاد بر این است سیاهچالهٔ کلان‌جرم مرکز کهکشان RXJ 1242-11 باشد. چپ: پرتو ایکس، راست: در نور مرئی.^[۱]

سیاه‌چالهٔ کلان جرم بزرگ‌ترین نوع سیاه‌چاله در کهکشان‌هاست که گمان می‌رود در مرکز تقریباً همهٔ کهکشان‌ها از جمله کهکشان راه شیری^[۲](کمان ای* با جرم چهار میلیون جرم خورشیدی^[۳]) نیز یافت شود^[۴][۵] که دارای جرمی معادل صدها هزار تا چندین میلیارد برابر جرم خورشید هستند. این سیاه‌چاله‌ها پرجرم‌ترین نوع سیاه‌چاله‌ها هستند و گرانش بسیار زیادی دارند که در جهان بی‌نظیر است.^[۶] همچنین تصور می‌رود که مرکز کهکشان ان‌جی‌سی ۴۲۶۱ سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم با ۴۰۰ میلیون جرم خورشید باشد.

یکی از تفاوت‌های اصلی این سیاه‌چاله چگالی کمتر آن‌هاست. چگالی سیاه‌چاله‌ها جرم آن تقسیم برحجم ناشی از شعاع شوارتزشیلد است. این مقدار می‌تواند کمتر از چگالی آب باشد.^[۷] علت آن این است که شعاع شوارتزشیلد سیاهچاله به‌طور خطی با جرم افزایش می‌یابد پس می‌توان آن را به صورت زیر نوشت:

${\displaystyle R=kM}$

که در آن R، شعاع سیاه‌چاله، M، جرم آن و k ضریب تناسب است؛ و بنابرین داریم:

${\displaystyle \rho ={\frac {M}{V}}={\frac {M}{{\frac {4}{3}}\pi R^{3}}}={\frac {M}{{\frac {4}{3}}\pi k^{3}M^{3}}}=KM^{-2}}$

و به همین دلیل هرچه سیاه‌چاله پرجرم‌تر باشد چگالی آن کمتر است و همچنین به علت بزرگ بودن افق رویداد، نیروی کشندی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم به طرز قابل ملاحظه‌ای کمتر است.

جرم این سیاه‌چاله‌ها به خاطر بلعیدن اجرام دور خود همواره افزایش می‌یابد و این بلعیدن موجب فعال‌شدن ظاهر مرکز سیاه‌چاله در طیف الکترومغناطیسی و مخصوصاً انرژی بالا می‌شود به همین دلیل تصور می‌رود این سیاه‌چاله مسئول فعالیت قوی اختروش‌ها باشند.^[۸] درخشندگی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در اختروش‌ها بین ده تا صدبرابر درخشندگی بقیهٔ اختروش است.^[۳] همچنین تصور بر این است که هستهٔ کهکشانی فعال (AGN) نیز سیاه‌چاله باشد.^[۳]

وجود سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم

مدار شش ستاره نزدیک به مرکز کهکشان^[۹]

ستاره‌شناسان معتقدند که کهکشان راه شیری در مرکز خود یعنی، ۲۶٬۰۰۰ سال نوری از منظومه شمسی، یک سیاه‌چاله کلان‌جرم دارد. این ناحیه کمان ای* نامیده می‌شود^[۱۰] دلیل بیان شده این است:

• ستاره اس۲ در یک مسیر بیضی با تناوب مداری ۱۵٫۲ سال حضیض (نزدیک‌ترین فاصله) ۱۷ ساعت نوری (۷۰۱۳۱۸۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰♠۱٫۸×۱۰^۱۳ m یا 120 AU) از مرکز کهکشان می‌گذرد.^[۱۱]
• از محاسبه روی مدار این ستاره جرم مرکز گردش ۴٫۱ میلیون جرم خورشید به دست می‌آید.^[۱۲]
• اندازه این جرم مرکزی آشکارا باید کمتر از ۱۷ ساعت نوری باشد و گرنه ستاره اس۲ با آن برخورد می‌کند یا به خاطر نیروی کشندی تکه‌تکه می‌شد. در واقع در مشاهدات جدید^[۱۳] نشان می‌دهد که این شعاع نباید بیشتر ۶٫۲۵ ساعت نوری یعنی به اندازه قطر مدار اورانوس باشد.
• فقط یک سیاه‌چاله می‌تواند در چنین حجمی چنین جرمی را جا دهد.

مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فراستاره‌ای و گروه مرکز کهکشان دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس^[۱۴] قوی‌ترین مدارک برای بیان این که ناحیه کمان ای* یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است ارائه کرده‌اند،^[۱۰] اطلاعات آنها بر اساس مشاهدات رصدخانه جنوبی اروپا^[۱۵] و تلسکوپ کک است.^[۱۶] محاسبات نشان می‌دهد که جرم کمان ای* تقریباً برابر ۴٫۱ میلیون جرم خورشید،^[۱۷] یا حدود ۸٫۲‎×۱۰^۳۳ kg است.

منابع

1. Chandra:: Photo Album:: RX J1242-11:: 18 Feb 04
2. Schödel, R. (2002). "A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way". Nature. ۴۱۹ (۶۹۰۸): ۶۹۴–۶۹۶. arXiv:astro-ph/0210426. Bibcode:2002Natur.419..694S. doi:10.1038/nature01121. PMID ۱۲۳۸۴۶۹۰. {{cite journal}}: Check |pmid= value (help)
3. Combes, Françoise (2010). "The origins of black holes". Mystries of Galaxy Formation [رازهای تشکیل کهکشان] (به انگلیسی). Springer. p. ۶۹–۷۰. {{cite book}}: |access-date= requires |url= (help)
4. Antonucci, R. (1993). "Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars". Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics. ۳۱ (۱): ۴۷۳–۵۲۱. Bibcode:1993ARA&A..31..473A. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.002353.
5. Urry, C.; Padovani, P. (1995). "Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei". Publications of the Astronomical Society of the Pacific. ۱۰۷: ۸۰۳–۸۴۵. arXiv:astro-ph/9506063. Bibcode:1995PASP..107..803U. doi:۱۰٫۱۰۸۶/۱۳۳۶۳۰. {{cite journal}}: Check |doi= value (help)
6. «طبقه‌بندی سیاه چاله». وبگاه آکادمی علوم فضایی ایران. بایگانی‌شده از اصلی در ۴ دسامبر ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۳۰ ژوئیه ۲۰۱۱.
7. Celotti, A.; Miller, J.C.; Sciama, D.W. (1999). "Astrophysical evidence for the existence of black holes". Class. Quant. Grav. ۱۶ (12A): A3–A21. arXiv:astro-ph/9912186. doi:10.1088/0264-9381/16/12A/301.
8. Ridpath, Ian (۲۰۱۰). Oxford Dictionary of Astronomy. Oxford University Press. صص. ۴۸۴. شابک ۹۷۸-۰-۱۹-۹۲۱۴۹۳-۸.
9. "SINFONI in the Galactic Center: Young Stars and Infrared Flares in the Central Light-Month" by Eisenhauer et al, The Astrophysical Journal, 628:246-259, 2005
10. Henderson، Mark (دسامبر ۹, ۲۰۰۸). «Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way». London: Times Online. بایگانی‌شده از اصلی در ۱۶ دسامبر ۲۰۰۸. دریافت‌شده در ۲۰۰۹-۰۵-۱۷.
11. Schödel، R. (۱۷ اکتبر ۲۰۰۲). «A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way». Nature. ۴۱۹ (۶۹۰۸): ۶۹۴–۶۹۶. arXiv:astro-ph/0210426. doi:10.1038/nature01121. PMID 12384690. بیبکد:2002Natur.419..694S.
12. Ghez, A. M. (December 2008). "Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits". Astrophysical Journal (به انگلیسی). 689 (2): 1044–1062. arXiv:0808.2870. Bibcode:2008ApJ...689.1044G. doi:10.1086/592738.
13. Ghez, A. M.; Salim, S.; Hornstein, S. D.; Tanner, A.; Lu, J. R.; Morris, M.; Becklin, E. E.; Duchêne, G. (20 Feb 2005). "Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole". The Astrophysical Journal (به انگلیسی). 620 (2): 744–757. arXiv:astro-ph/0306130. Bibcode:2005ApJ...620..744G. doi:۱۰.۱۰۸۶/۴۲۷۱۷۵. {{cite journal}}: Check |doi= value (help)
14. UCLA Galactic Center Group
15. «ESO - 2002». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۵ اکتبر ۲۰۰۵. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۱۲.
16. «W. M. Keck Observatory». بایگانی‌شده از اصلی در ۱ مارس ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۱۲.
17. Milky Way's Central Monster Measured - News from Sky & Telescope - SkyandTelescope.com