رصدخانه اشعه ایکس چاندرا و مطالعه سیاهچاله‌های پرانرژی

یادداشت: چالاک عظیمی 

وقتی ستاهای متولد میشود یا میمیرد، یا هر پدیده بسیار پرانرژی دیگری در جهان رخ میدهد، از خود اشعه ایکس ساطع میکند که ذرات نوری پرانرژی هستند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند. اشعه ایکس در واقع همان گونه‌ای است که پزشکان برای گرفتن عکس از استخوانهای شکسته داخل بدن از آن استفاده میکنند. اما اخترشناسان به جای نگاه کردن به سایه‌های ایجاد شده توسط استخوان‌ها، پرتوهای ایکس را که در فضا پرواز می‌کنند، شناسایی کرده تا تصاویری از رویدادهایی مانند سیاه‌چاله‌ها و ابرنواخترها را دریافت کنند.

تصاویر و طیف‌ها، نمودارهایی هستند که توزیع نور را در طول موجهای مختلف از یک جسم نشان میدهند. در واقع دو روش اصلی اخترشناسان برای بررسی جهان هستند. این تصاویر اطلاعاتی را درباره پدیده‌های خاصی که در جهان هستی اتفاق می‌افتند، در اختیار آنها قرار میدهد. در حالی که طیف‌ها به آنها میگویند که فوتون‌ها یا ذرات نوری که جمع‌آوری شده‌اند، چقدر انرژی دارند. طیف‌ها می‌توانند آنها را از چگونگی شکلگیری رویدادهایی که از آن سرچشمه گرفتهاند، مطلع سازد. هنگام مطالعه اجسام پیچیده، آنها هم به تصویربرداری و هم به طیف نیاز دارند. دانشمندان و مهندسان، رصدخانه اشعه ایکس چاندرا را برای تشخیص این اشعههای ایکس طراحی کردند. از سال 1999، داده‌های چاندرا به اخترشناسان تصاویری با جزئیات فوق‌العاده از برخی از دراماتیک‌ترین رویدادهای کیهان داده است.

ستارگانی که در حال شکلگیری و مرگ هستند، انفجارهای ابرنواختری ایجاد میکنند که عناصر شیمیایی را به فضا میفرستند. چاندرا مشاهده میکند که گاز و ستارگان در کششهای گرانشی عمیق سیاهچالهها سقوط کرده و گواه گازی است که هزار بار داغتر از خورشید است که در بادهای انفجاری از کهکشانها فرار میکند. میتواند ببیند که گرانش توده‌های عظیم ماده تاریک چه زمانی آن گاز داغ را در جیب‌های غول پیکر به دام میاندازد. ناسا چاندرا را برای گردش به دور زمین طراحی کرد، زیرا قادر به دیدن هیچ یک از این فعالیتها از سطح زمین نبود. جو زمین پرتوهای ایکسی را که از فضا میآید، جذب میکند که برای ادامه حیات روی زمین بسیار عالی است، زیرا این اشعه ایکس میتواند به موجودات بیولوژیکی آسیب برساند. اما این بدان معناست که حتی اگر ناسا چاندرا را در بلندترین قله کوه قرار دهد، باز هم قادر به تشخیص اشعه ایکس نخواهد بود. ناسا باید چاندرا را به فضا بفرستد.

اخترشناسان سیاهچاله‌های بسیار پرجرم را در مرکز همه کهکشان‌ها پیدا کرده‌اند که جرمی ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون برابر خورشید ما دارند. این سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم عمدتاً در آرامش قرار دارند و ستاره‌شناسان می‌توانند با نگاه کردن به کشش گرانشی که بر ستارگان مجاور اعمال می‌کنند، آنها را شناسایی کنند. اما گاهیاوقات ستارگان یا ابرها به داخل این سیاهچاله‌ها میافتند که باعث فعال شدن آنها شده و باعث میشود منطقه نزدیک به سیاهچاله پرتوهای ایکس زیادی از خود ساطع کند. پس از فعال شدن، هستههای فعال کهکشانی، AGN یا اختروش نامیده میشوند. یک AGN میتواند از کهکشان میزبان خود جلوتر باشد، به این معنی که نور بیشتری از AGN نسبت به تمام ستارگان و اجرام دیگر در کهکشان میزبان می‌آید. AGN همچنین انرژی زیادی را در محدوده کهکشان میزبان خود ذخیره میکند. این اثر که اخترشناسان آن را بازخوردمی‌نامند، یک عنصر مهم برای محققانی است که در حال ساخت شبیه‌سازی‌هایی هستند که چگونگی تکامل جهان در طول زمان را مدل‌سازی می‌کنند. اما ما هنوز کاملا نمیدانیم که انرژی یک AGN چقدر در شکلگیری ستارگان در کهکشان میزبان آن نقش دارد. خوشبختانه، تصاویر چاندرا میتوانند بینش مهمی را ارائه دهند.

سیاهچاله پرجرم فعال در ESO 428-G014 اشعه ایکس تولید میکند که ناحیه بزرگی را روشن کرده و تا فاصله 15000 سال نوری از سیاهچاله امتداد دارد. تصویر اصلی که دانشمندان از ESO 428-G014 با داده‌های چاندرا ایجاد کردند، بیانگر این است که ناحیه نزدیک به مرکز روشن‌ترین منطقه است و یک ناحیه بزرگ و کشیده از گسیل اشعه ایکس وجود دارد. این تیم توانسته است برخی از روشهای تعامل AGN با کهکشان را ببینند. این تصاویر بادهای هسته‌ای را نشان می‌دهند که کهکشان را فرا گرفته، ابرهای متراکم و گاز بین‌ستاره‌ای که نور پرتو ایکس را منعکس می‌کنند، همچنین جت‌هایی که امواج رادیویی را به بیرون پرتاب کرده که ابرهای کهکشان را گرم می‌کنند. این تصاویر به ما میآموزند که چگونه این فرآیند بازخورد، با جزئیات عمل میکند و چگونه میتوان میزان انرژی AGN را اندازهگیری کرد. این نتایج به محققان کمک می‌کند شبیه‌سازی‌های واقعی‌تر از چگونگی تکامل جهان را تولید کنند. سال 2024 بیست و پنجمین سالی است که چاندرا شروع به رصد آسمان کرده است. دانشمندان چنان به چاندرا وابسته شده‌اند که از طریق آن به سؤالاتی درباره منشأ جهان پاسخ میدهند که از طریق هیچ تلسکوپ دیگری نمیتوانند به این جواب‌ها برسند.

چاندرا با ارائه داده‌های اشعه ایکس به ستاره‌شناسان، اطلاعات تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ فضایی جیمز وب را تکمیل می‌کند تا به اخترشناسان پاسخ‌های منحصربه‌فردی به پرسش‌های باز در اخترفیزیک بدهد، مانند اینکه سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم که در مراکز همه کهکشان‌ها پیدا شده‌اند از کجا آمده‌اند.

تصویربرداری دقیق برای این اکتشافات بسیار مهم بوده است. اما انتظار میرود چاندرا فقط 10 سال دیگر دوام بیاورد. برای ادامه یافتن پاسخ، اخترشناسان باید شروع به طراحی رصدخانه پرتو ایکس «سوپر چاندرا» کنند که بتواند جانشین چاندرا در دهه‌های آینده شود، اگرچه ناسا هنوز هیچ برنامه محکمی برای انجام این کار اعلام نکرده است.