سیاهچالی در مرکز کهکشان راه شیری

[ahmad2015]

منجمان با بهره بردن از یک تکنیک ابتدائی‌٬ از اسرارِ سیاه‌چاله‌ی عظیمی که در مرکز کهکشان راه‌شیری وجود دارد٬ پرده برداشته‌اند.

به‌گفته‌ی آندریا گز (Andrea Ghez) این تکنولوژی در اواسط دهه‌ی ۱۹۸۰ کاملاً یک تفریح بحساب می‌آمد٬ اما بعدها جزء مباحث علمی قلمداد شد. گِز در ابتدا استخدام موسسه‌ی MIT در کمبریج بود و برای یک منجم و به عنوان دانشجوی او فعالیت داشت. او در آن ایام درباره‌ی منابع غیرعادی کیهانی٬ چیزهای زیادی یاد گرفت و شیفته‌ی این شد که تصور کند چنان منابعی می‌توانند سیاه‌چاله باشند؛ سیاه‌چاله‌ها نقاطی هستند با جاذبه‌ی گرانشیِ بسیارقوی که حتی نور هم قادر نیست از آن فرار کند. او در آن دوران به گفته‌ی خودش٬ کاملاً مجذوب این منابع غیرعادی شده بود و قریب به دو تابستان برروی تلسکوپ‌هایی که در آریزونا و شیلی قرار داشت وقت صرف کرد.

اکنون ستاره‌شناسی در دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس احساس مشابهی دارد. شیفتگی او به سیاه چاله‌ها او را به این رهنمون ساخت تا وجود بزرگترین سیاه‌چاله‌ای را که در همسایگی کیهانی‌ما در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد (به شکل زیر توجه کنید) را به اثبات برساند.

هرچند اغلب فیزیک‌دانان تنها از ابزارهایی استفاده کرده‌اند که درمورد آن‌ها شناخت کافی دارند اما گِز مشتاق استفاده از یک ابزار و روش ردیابیِ ابتدائی است. او می‌گوید ریسک یک فناوری جدید را می‌پسندد. چنین چیزی می‌تواند کارایی لازم را دارا باشد و یا نه٬ اما قادر خواهد بود تا پنجره‌ی جدیدی بسوی کیهان بگشاید.
او وقتی در دانشگاه شیکاگو حضور داشته عاشق ریاضیات و علم شده و این کار باعث شد به MIT در ۱۹۸۳ راه یابد و بعدها برای مطالعات فارغ‌التحصیلی خود در ستاره‌شناسی٬ راهی کل‌تک گشت.

به گفته‌ی گِز بهترینِ وسایل آن‌جا جمع شده و در میان آن‌ها یک تلسکوپ ۵ متری هابل به چشم می‌خورد. اما این تلسکوپ به لحاظ عملی یک تصویرساز نقطه‌نقطه‌ای است. جو اتمسفر شفاف بوده ولی آشفته است و تصویری که از تلسکوپ دیده می‌شود تصویری سوسوزننده است: تصویری لکه‌دار و نقطه‌مانند از هر ستاره.

با استفاده از دوربینی که قادر است در چند میلی‌ثانیه حدود ۱۰۰۰۰ یا بیشتر عکس بگیرد می‌توان این حرکات رقص‌مانند ذرات را منجمد کرد که در نتیجه تصاویر کم‌نوری حاصل خواهد شد. نور اعوجاج‌دار رسیده از هر ستاره باعث پراکندگی‌ آن نقاط می‌شوند. پردازش‌های کامپیوتری آن‌ها را به شکل یک نقطه ترکیب می‌کند و نهایتاً تصویر حاصل خواهد شد که در آن لکه‌گذاری جوّ حذف شده است.

در آن زمان تصاویر لکه‌دار بخوبی نشان داده شده بودند اما عمدتاً در طول‌موج‌های اپتیکی و در ضمن به ندرت بر روی چنین تصاویری کار شده بود چون از لحاظ محاسباتی کاری پرهزینه بود. گِز به گروه کل‌تک پیوست که در حال توسعه‌ی توانایی‌های تصویرساز نقطه‌نقطه٬ در طول‌موج‌های فروسرخی که از اشیاء بین‌ستاره‌ای پنهان‌شده در گردوغبار ساطع می‌شد٬ بودند: کهکشان‌های فعالی همچون کهکشان‌های بیضوی و مارپیچی که گردوغبار تمام نقاط آن‌ها را٬ جز نواحی روشن در مراکز آن‌ها٬ گرفته بود. گِز مسئولیت نوشتن نرم‌افزار تحلیل‌گر تصاویر را بر عهده داشت تا بتواند تصویری با بالاترین وضوح ممکن را بدست آورد.

این تصویرساز کاملاً هسته‌ی کهکشان‌های فعال را مشاهده نمی‌کرد٬ بنابراین پایان‌نامه‌ی گز به سمت هدف‌های روشن‌تری نشانه‌گیری شد: ستاره‌های تازه‌متولدشده در کهکشان راه شیری. ستاره‌شناسان می‌دانستند که ستاره‌ها در ابرهای گازی بین‌ستاره‌ای ضخیم زاده می‌شوند اما نمی‌دانستند چرا کسربالایی از ستاره‌هایی که در همسایگی خورشید قرار دارند دوتایی‌اند: جفتی از ستاره‌ها که اغلب در محدوده‌ی نزدیکی به دور هم می‌چرخند.

گز درصدد حل این مشکل بود. در اوایل سال ۱۹۹۰ گِز از تکنیک تصویربرداری نقطه‌نقطه در ناحیه‌ی تشکیل دو ستاره‌ی شناخته‌ استفاده کرد: ستاره‌هایی شبیه خورشید در ابتدای تولد. با استفاده از وضوح بالا او می‌توانست ستاره‌های نوجوان زیادی را ببیند که در حقیقت دوتایی‌های بسیار جوان و بسیار نزدیک به هم بودند. گِز تا سال ۱۹۹۴ روی این مباحث تمرکز کرد و به ابزار ۱۰متری نیز دست یافت. گِز تخصص خودش را در تصویربرداری نقطه‌نقطه به کار برد و همین به او اجازه داد تا سیاه‌چاله را ببیند.

ستاره‌شناسان به مدت طولانی بود که گمان می‌بردند که یک سیاه‌چاله فراجرمی در مرکز هر کهکشان فعال وجود دارد. اگر این عقیده درست بود یک سیاه‌چاله‌ی عظیم بایستی در مرکز کهکشان راه‌شیری قرار گرفته باشد.

گِز و تیم او تصمیم گرفتند استراتژی سرراست اما کسل‌کننده‌ای را در مورد این مسئله بکار ببندند: دنبال‌کردن ستاره‌ها برای سال‌ها و دهه‌ها و رصد چرخش آن‌ها به دور اجسام مرکزی. شعاع و تناوب هر مدار جرم شی مرکزی و فاصله‌ی نزدیک‌ترین حالت آن حدّ بالایی را برای اندازه‌ی آن بدست خواهد داد. منجمان از سال ۱۹۹۵، از موقعیت ستاره‌هایی در نزدیکی نواحی که گمان می‌رفت نزدیک سیاه‌چاله باشند نقشه‌برداری کرده و هر ساله از آن موقعیت‌ها دوباره نقشه‌برداری می‌کردند.

گِز با منجمانی که در حال توسعه فناوری پشترفته‌تری بنام اپتیک تطبیقی بودند نیز همکاری داشت. بر اساس این ایده نور جمع‌آوری شده از تلسکوپ‌ها به سوی آینه‌ی انعطاف‌پذیری که برای خنثی‌سازی اعوجاج ناشی از اتمسفر دائماً در حال تغییرشکل است فرستاده می‌شود.

در سال ۲۰۰۲ گِز و همکارانش با استفاده از اپتیک تطبیقی یکی از سه ستاره‌ها را مشاهده کردند که SO-2 نام داشت که تکمیل مدار آن ۱۶ سال طول کشید که خبر از وجود جرم‌مرکزی به اندازه‌ی ۱/۴ خورشید می‌داد. آن‌ها نشان دادند که نزدیک‌ترین حالت ستاره به آن جرم کمتر از دوبرابر فاصله‌ی سیاره پلاتو از خورشید است و این یعنی شی مرکزی بزرگ‌تر از سیستم خورشیدی نیست. با وجود چنین جرم عظیمی آن‌هم در چنان فضای کوچکی به گفته‌ی گز:«این می‌تواند گواهی برای وجود یک سیاه‌چاله باشد. هیچ گزینه‌ای برای جایگزینی وجود ندارد.»

هرچند این نتایج راضی‌کننده است اما غیرقابل انتظار است، چون این ستاره کمتر از ۱۰ میلیون سال عمر دارد و چنبن ستاره‌ی جوانی نمی‌تواند حول سیاه‌چاله بگردد. به گفته‌ی توماس پرینس (Thomas Prince) منجمی از کل‌تک و اولین مشاور گِز توضیح خوبی برای این‌که چرا چنین ستاره‌های جوانی آن‌جا قرار دارند وجود ندارد.

در سال‌های متمادی گِز و تیمش با توسعه‌ی اپتیک تطبیقی٬ سرعت‌های هزاران ستاره در مراکز کهکشانی را اندازه گرفتتند و مدار دوتای آن‌ها را تخمین زدند. علاوه بر این تیم تنها یک تیم دیگر در جهان بر روی کار مشابهی فعالیت دارند. با این‌که گِز ۴۷ سال سن دارد و ستاره‌هایی که او از سال ۱۹۹۵ دنبال کرده مدارهایی از ده‌ها تا هزاران سال دارند. گز می‌گوید:«گمان می‌کنم هرچه زندگی طولانی‌تری داشته باشم٬ سرگرمی بیشتری هم خواهم داشت.» منبع:/www.hupaa.com