دانش‌مندان بر این باورند که در مرکزِ (کهکشانِ) راهِ شیری، سیاه‌چاله‌ی پرجرمی قرار دارد. اکنون ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپِ Keck ستاره‌ی جدیدی یافته‌اند که در فاصله‌ای بسیار نزدیک به این سیاه‌چاله می‌چرخد. پژوهش‌گران پس از رصدِ این ستاره دریافته‌اند که این دومین ستاره‌ایست که یک مدارِ کامل را می‌پیماید و این کشف، حضورِ این سیاه‌چاله را فراتر از همه‌ی تردیدهای منطقی، اثبات می‌کند. در آینده رصدِ این دو ستاره‌ی چرخنده، آزمونی بی‌همتا برای نسبیتِ عام خواهد بود.
از اواسطِ دهه‌ی 1990، تلسکوپِ Keck که بر فرازِ Mauna Kea در هاوایی قرار دارد به طور مرتب نواحیِ اطرافِ مرکزِ راهِ شیری را روبش می‌کند. هم‌چنان که این کار ادامه می‌یافت، ستاره‌شناسان چندین ستاره را مشاهده کردند که به نظر می‌رسید گرداگردِ یک جسمِ مرکزی می‌چرخند.آن‌ها این مجموعه را «ستارگانِ (مجمع‌الکواکبِ) آ-ستاره» یا به اختصار Sgr A* نامیدند. با اندازه‌گیریِ ویژگی‌های مداریِ این ستارگان و انجامِ محاسباتِ مربوط، این نتیجه به دست آمد که Sgr A* باید جرمی در حدودِ 4 میلیون برابرِ جرمِ خورشید داشته باشد. تنها موجودِ اخترفیزیکیِ شناخته شده که می‌تواند چنین پرجرم باشد اما فضایی این‌چنین اندک را اشغال کند، یک سیاه‌چاله است.

چرخشِ غول در مرکزِ کهکشانِ راهِ شیری

ستاره‌شناسان بر این باورند که برای مشخصه‌یابیِ مدارِ یک ستاره، لازم است که 50 درصدِ آن مدار رصد شود. در موردِ Sgr A*، تنها درباره‌ی مدارِ یکی از ستاره‌ها (S0-2) داده‌های کاملی در دست بود که سفرِ 16.5 ساله‌ی این ستاره را گرداگردِ یک جسمِ مرکزی نشان می‌داد. داده‌هایی که در موردِ دیگر ستارگان این مجموعه در دست بود تنها 40 درصدِ مدارِ آن‌ها را پوشش می‌داد و دنباله‌ی مدارِ آن‌ها به کمکِ مدل‌سازی‌ها به تصویر کشیده می‌شد. هنگامی که داده‌های رصدی مربوط به ستاره‌ی S0-2 این آستانه‌ی 50 درصدی را شکست، برخی از ستاره‌شناسانِ شکاک از خود پرسیدند که آیا اصلاً سیاه‌چاله‌ای در مرکز وجود دارد؟

‌اپتیکِ تطبیقیِ پیش‌رفته

هم‌اینک ستاره‌شناسان از جمله Andrea Ghez در دانش‌گاهِ کالیفرنیا، لس‌آنجلس، خبر از کشفِ ستاره‌ای جدید با نام S0-102 می‌دهند. Ghez به physicsworld.com می‌گوید: «دوره‌ی تناوبِ چرخشِ این ستاره تنها 11.5 سال است که کوتاه‌ترین دوره‌ی تناوبی در میانِ ستارگانِ شناخته‌شده‌ایست که گرداگردِ این سیاه‌چاله می‌چرخند. پیش‌رفت‌های به وجود آمده در زمینه‌ی اپتیکِ تطبیقی، این امکان را برای ما فراهم می‌آورد که ستارگانِ کم‌نورتر را یافته و ویژگی‌های آن‌ها را با دقتِ بیش‌تری اندازه‌گیری کنیم». در اپتیکِ تطبیقی، آیینه‌ی تلسکوپ‌ها دیگر یک سطحِ یک‌پارچه نیست بلکه سطحی‌ست ساخته شده از آیینه‌های کوچک‌تر که مانندِ آجر کنارِ هم چیده شده‌اند. یک پرتوی لیزرِ راهنما به سوی آسمانِ بالای سرِ تلسکوپ شلیک شده و سپس کژدیسی‌های (اعوجاج‌های) به وجود آمده در پرتوی لیزر، که به دلیلِ آشفتگی‌ها و تلاطمِ جو ایجاد شده است، اندازه‌گیری می‌شود. آن‌گاه شکلِ آیینه‌ی تلسکوپ، به کمکِ حرکت‌دادنِ هر یک از آیینه‌های کوچک‌، به صورتی سازگار و منطبق تغییر می‌کند تا اثر کژدیسیِ پرتوی لیزر را جبران کند. این ترفند هم‌چنین امکانِ رصدهای آینده‌ی ستاره‌ی S0-102 را در نقطه‌ی اوجش (هنگامی که ستاره در مدارِ خود، بیش‌ترین فاصله را از سیاه‌چاله می‌گیرد) فراهم می‌آورد. Ghez می‌گوید: «به کمکِ این روش، تردیدِ ما در موردِ مقدارِ پارامترهایی مانندِ جرمِ سیاه‌چاله کاهش می‌یابد». این‌که ستاره‌ی دومی برای رصدکردن در اختیارِ ستاره‌شناسان است به آنان این امکان را می‌دهد تا فهمِ خود را از مدارِ ستاره‌ی S0-2 افزایش دهند. به ویژه آن‌که به این ترتیب می‌توان در سال 2018، اندازه‌گیریِ دقیق‌تری از نقطه‌ی حضیضِ ستاره‌ی S0-2 (هنگامی که ستاره در مدارِ خود، کم‌ترین فاصله را از سیاه‌چاله می‌گیرد) انجام داد. در گذر از نقطه‌ی حضیض، ستاره نیروی گرانشیِ قوی‌تری را احساس می‌کند که سبب می‌شود میزانِ سرخ‌گرایی در نورِ ستاره افزایش یابد. میزانِ دقیقِ سرخ‌گرایی توسطِ نظریه‌ی نسبیتِ عامِ انیشتین قابل پیش‌بینی است. می‌توان این آزمایش را در سال 2021، هنگامی که ستاره‌ی S0-102 به نقطه‌ی حضیض خود می‌رسد نیز تکرار کرد.

نسبیتِ عام حرکتِ تقدیمیِ حضیضِ یک ستاره را نیز پیش‌بینی می‌کند. Ghez چنین توضیح می‌دهد: «این واقعیت که فضا به دلیلِ گرانشِ سیاه‌چاله دچارِ خمیدگی می‌شود به این معناست که مدارِ ستاره، هر بار اندکی منحرف شده و به نقطه‌ی اولیه‌ی خود بازنمی‌گردد. به عبارتِ دیگر نقطه‌ی حضیضِ ستاره، در همان راستایی که ستاره در حالِ چرخش است همواره جابه‌جا می‌شود». این موضوع مانندِ حرکتِ تقدیمیِ مدارِ سیاره‌ی تیر (عطارد) در منظومه‌ی خورشیدیِ خودمان است، معمایی که انیشتین آن را در سال 1915 توضیح داد و به این ترتیب نخستین گواه را بر درستیِ ایده‌های خود، فراهم آورد.

پارامترِ ناشناخته

البته انجامِ این آزمونِ ویژه برای نسبیتِ عام، با بررسیِ یک تک‌ستاره ممکن نیست. Ghez می‌افزاید: «وضعیت به این سادگی نیست که دو ستاره گرداگردِ یک سیاه‌چاله بچرخند. شاید اجرامِ دیگری نیز در آن حوالی در حالِ گردش باشند، مانند سیاه‌چاله‌های ستاره‌وار [توضیح] و ستاره‌های نوترونی». این به این معناست که ستارگان در حینِ گذر از این منطقه‌ی شلوغ، توزیعِ جرمِ نامتقارنی را خواهند دید. اگر آزمودنِ نسبیتِ عام موردِ نظر باشد، باید همانندِ یک پارامترِ ناشناخته با این نظریه برخورد کرد. اگر توزیعِ جرم هم نامعلوم باشد، آن‌گاه برای حلِ این معادلات، دو ستاره باید بررسی شوند. Ghez امیدوار است: «به کمکِ پیش‌رفت‌هایی که در آینده در زمینه‌ی اپتیکِ تطبیقی رخ می‌دهد و نیز با به‌کارگیریِ نسلِ نوینِ تلسکوپ‌ها، این امکان را خواهیم داشت که ببینیم آیا نظریه‌ی نسبیتِ انیشتین، در این محیطِ غیرعادی و دشوارِ گرانشی هم‌چنان ایستادگی خواهد کرد یا نه».

Nils Andersson رییسِ گروهِ نسبیتِ عام در دانش‌گاهِ ساوت‌همپتونِ انگلستان می‌گوید: «رصدِ سرتاسرِ مدارِ ستاره‌ی دوم، نتیجه‌ای چشم‌گیر است. این موضوع نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ای باید در مرکزِ این ناحیه وجود داشته باشد و این نتایج به روندِ تعیینِ جرمِ آن کمک خواهد کرد». گرچه وی بر این باور است که آزمون‌های دشوارتری برای نسبیتِ عام وجود دارد. او چنین توضیح می‌دهد: «من فکر می‌کنم هنوز هم بهترین آزمون برای نسبیتِ عام، که می‌توان آن را فراتر از مرزهای منظومه‌ی خورشیدی انجام داد، سامانه‌ای متشکل از دو تپ‌اختر (پالسار) است که گرداگردِ هم می‌چرخند. چراکه چنین سامانه‌ای قیدهای بیش‌تری بر روی نظریه‌ی انیشتین می‌گذارد».

رصدهای انجام‌شده در Science توضیح داده شده است.
[توضیح]: سیاه‌چاله‌ی ستاره‌وار (سیاه‌چاله‌ای با جرمِ ستاره‌ای) سیاه‌چاله‌ایست که در اثرِ رمبشِ گرانشیِ یک ستاره‌ی پرجرم ایجاد می‌شود. جرمِ چنین سیاه‌چاله‌هایی در حدودِ 3 تا چندین‌ده برابرِ جرمِ خورشید است. در رصدها، روندِ تشکیلِ این سیاه‌چاله‌ها به صورتِ یک انفجارِ ابرنواختری یا انفجارِ پرتوی گاما دیده می‌شود.

نویسنده: Colin Stuart

نوشته شده در دو شنبه 1 آبان 1391برچسب:,ساعت توسط احسان|