برخورد چشمگیر. در این نقاشی دو سیاه چاله در دیسک گازی یک ابرسیاه‌چاله پرجرم قرار گرفته‌اند. طبق مدلی که درخشندگی اختروش و سیگنال گرانشی احتمالی رصدشده در سال گذشته را توصیف می‌کند، ادغام این دو امواج گرانشی و به دنبال آن شراره‌ی درخشانی تولید می‌کند.

در ۲۱ ماه می ۲۰۱۹ آشکارساز امواج گرانشی گروه همکاری LIGO/Virgo سیگنالی احتمالی از ادغام دو سیاه‌چاله تهیه کرد. براساس گفته‌ی یک گروه پژوهشی ممکن است رخداد به دست آمده، که هنوز تأیید نهایی نشده است، با درخشندگی یا شراره‌ی یک اختروش دوردست مرتبط باشد. گروه مدعی است که ادغام دو سیاهچاله در دیسک گازی اطراف اختروش رخ داده است. محققان پیش‌بینی کرده‌اند که جرم ادغام‌شده، که فرض می‌شود جرم بسیار زیادی حدود ۱۵۰ برابر جرم خورشید دارد (رکوردها را شکسته است)، طی یک سال یا بیشتر در دیسک غوطه‌ور شده و شراره‌ای ایجاد کرده است.

همان‌طور که در ادغام ستاره‌ی نوترونی که در سال ۲۰۱۷ بسیاری از رصدخانه‌ها مشاهده کردند، رخدادهای ادغامی بزرگ می‌توانند تابش‌های الکترومغناطیسی تولید کنند (مقاله Neutron Star Merger Seen and Heard را ببینید). بااین‌حال تصور می‌شود که سیاه‌چاله‌ها در قبرستان ستاره‌ای ادغام می‌شوند، جایی که گاز یا غبار کمی برای گرم شدن و درخشش وجود دارد. متیو گراهام از مؤسسه‌ي فناوری کالیفرنیا در پاسادانا، می‌گوید همیشه انتظار داشتیم که هیچ همتای الکترومغناطیسی در سیگنال امواج گرانشی ناشی از ادغام وجود نداشته باشد.

اما گراهام و همکارانش روی مدل‌های جایگزینی کار کرده‌اند که در آنها ادغام سیاه‌چاله‌ای در محیط‌های بسیار شلوغ‌ترِ اطراف اختروش^۱ رخ می‌دهد؛ اختروش جرم درخشانی است که سیاه‌چاله‌ی بسیار پرجرمی را که جرمی میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید دارد احاطه کرده است. نور اختروش از قرص (دیسک) برافزایشی که با گاز داغ و دیگر موادی پر شده که به داخل سیاه‌چاله می‌چرخند پر شده است. اگر دو سیاه‌چاله با اندازه‌ی ستاره‌ای در یک دیسک ادغام شوند می‌توانند با تحریک گاز باعث درخشندگی اختروش شوند.

گروه برای آزمودن این فرضیه ازطریق داده‌های آرشیوی خود از Zwicky Transient Facility (ZTF) مستقر در کالیفرنیا، که اجرامی را در آسمان شناسایی می‌کند که درخشندگی آنها در طول‌موج‌های مرئی به‌سرعت تغییر می‌کند، استفاده کردند. آنها کاتالوگ ZTF را با ۲۱ اعلانی که گروه همکاری LIGO/Virgo در سال ۲۰۱۹ تهیه کرده بود، مقایسه کردند. هر یک از این اعلان‌ها (هشدارها) اخترفیزیک‌دان‌ها را از وجود یک سیگنال امواج گرانشی بالقوه آگاه می‌کند. گراهام و همکارانش درخلال تجزیه‌و تحلیل‌های خود دریافتند که یک شراره اختروش (کوازار) که در تاریخ ۲۱ ماه می در همان ناحیه از آسمان دیده شده می‌تواند با ۳۵ روز تأخیر کاندیدای ادغام باشد. اختروش‌ها به‌خاطر تغییر در درخشندگی مشهورند، اما گروه نشان داد که شراره‌های رصدشده دربردارنده‌ی تغییرات پیشینِ مشاهده‌شده در تابش‌های این اختروش است. همچنین گراهام و همکارانش دیگر توضیحات مربوط به شراره، مانند ابرنواختر، را رد کردند.

مدل پیشنهادی گروه این درخشندگی را برحسب ادغام دو سیاه‌چاله‌ی درون دیسک برافزایشی اختروش توضیح می‌دهد. براساس این مدل سیاه‌چاله‌ی حاصل از برخورد با سرعت بالا، شوکی در جلو ایجاد می‌کند که گازهای درطی مسیر را گرم می‌کند. شراره نسبت به سیگنال موج گرانشی چندین هفته تأخیر دارد، زیرا سرعت نور با پراکندگی در دیسکِ غیرشفاف (تار) کُند شده است. در برخی نواحی، سیاه‌چاله‌ی با سرعت زیاد از دیسک فرار می‌کند که توضیح می‌دهد چرا شراره بعد از حدود ۴۰ روز تمام می‌شود.

محققان پیش‌بینی می‌کنند که سیاه‌چاله به‌دور سیاه‌چاله‌ی ابَرپرجرم مرکزی اختروش خواهد چرخید و تقریباً ۱.۶ سال پس از ادغام درون دیسک سقوط خواهد کرد. چنین سقوطی باعث روشن شدن دوباره‌ی شراره می‌شود، چیزی که گراهام و همکارانش طی چند سال آینده چشمان خود را به روی اختروش باز نگه دارند تا آن را ببینند.

گروه همکاری LIGO/Virgo هنوز این رخدادی اشکارسازی‌شده را تأیید نکرده است. اما گراهام و همکارانش تخمین می‌زنند که اگر این رخداد یک ادغام باشد، جرم سیاه‌چاله‌ی ادغام‌شده حدود ۱۵۰ برابر جرم خورشید است که بزرگ‌ترین مقدار ثبت‌شده تاکنون است. چنین ادغام بزرگی نشان می‌دهد که رخدادهای ادغام چندگانه‌ی پیشین، دو سیاه‌چاله را پیش از آخرین برخورد تقویت کرده است. این نوع ساخت تراکمی می‌تواند در دیسک اختروش رخ دهد، جایی که سیاه‌چاله‌های زیادی می‌توانند در آن متراکم شوند. (به Focus: Black Hole Assembly Line مراجعه کنید.)

زولتان هایمن، اخترفیزیک‌دان از دانشگاه کلمبیا در نیویورک، می‌گوید اگر این نتایج تأیید شود نتایج بسیار چشمگیری است. او می‌گوید هنوز چیزهای نامعلومی وجود دارد، مثل این‌که آیا ادغام سیاه‌چاله‌ای می‌تواند باعث ایجاد چنین شراره‌ی درخشانی «پیش از وزیدن قطعات گاز اطراف به بیرون» شود؟ اما اگر، طبق پیش‌بینی، اختروش طی یک یا چند سال آینده دوباره شراره داشته باشد، هایمن تأیید بیشتری به مدل می‌دهد

پاتریک بردی، سخنگوی گروه همکاری LIGO از دانشگاه ویسکانسین در میلواکی، می‌گوید: نتایج نشان‌دهنده‌ی برنامه‌ی هیجان‌انگیزی از رصدهای آینده (از اختروش‌ها) است که در پی نامزدهای امواج گرانشی دیده می‌شود. وی انتظار افزایش آشکارسازی‌های همتای الکترومغناطیسی به‌عنوان آهنگ آشکارسازی‌های بیشتر را دارد.

نویسنده: Michael Schirber، نویسنده و ویراستار مطالب فیزیکی در لیون، فرانسه.

منابع:

B. McKernan et al., “Ram-pressure stripping of a kicked Hill sphere: Prompt electromagnetic emission from the merger of stellar mass black holes in an AGN accretion disk,” Astrophys. J. 884, L50 (2019).