ویژگی‌های شگفت‌انگیز میدان‌های مغناطیسی سیاه‌چاله‌ها

فضا پُر از رمز و راز است. دانشمندان برای اولین بار میدان مغناطیسی سیاه‌چاله‌ای در درون کهکشان راه‌شیری را در طول موج‌های مختلف مورد مطالعه قرار دادند و دریافتند که مطابق با آنچه که قبلاً فکر می‌کردیم، نیست. به گفته‌ی محققان دانشگاه فلوریدا و دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو، میدان مغناطیسی سیاه‌چاله‌ای به‌نام «V404Cygni» بسیار ضعیف‌تر از حد انتظار است؛ این کشف به این معنی است که باید مدل‌های کنونی خود برای فوران‌های سیاه‌چاله را مجدداً بازسازی کنیم.

V404Cygni که در فاصله‌ی ۷،۸۰۰ سال نوری در صورت فلکی ماکیان قرار دارد، منظومه‌ی از ریزاختروش دوتایی متشکل از سیاه‌چاله‌ای تقریباً ۹ برابر جرم خورشید، و ستاره‌ی همراهِ آن و غول سرخی که کمی کوچک‌تر از خورشید، است. در سال ۲۰۱۵ میلادی، این منظومه در طول حدود یک هفته شروع به درخشش کرد و همچنان که سیاه‌چاله، مواد ستاره‌ی همراه خود را در خود فرو می‌برد، این منظومه هم به‌صورت دوره‌ای با فعالیت خود چشمک می‌زد.

در آن زمان، این درخشان‌ترین شئی اشعه‌ی ایکس در آسمان بود. اما، طبق گفته‌ِی کارشناس گودارد ناسا، «الئونورا تروجا»، همچنین «تغییرات استثناء در تمام طول موج‌ها» را نیز نشان داد که فرصت نادری را برای مطالعه‌ی V404Cygni و سیاه‌چاله‌ی در حال فعالیت فراهم کرد. در این دوره بود که این گروه به رهبری «ییگیت دلیلار» در دانشگاه فلوریدا، آن‌را مطالعه کردند. وقتی سیاه‌چاله‌ها فعال هستند، توسط دیسک به هم پیوسته‌ی روشن و درخشانی که توسط نیروهای گرانشی و اصطکاکی که با چرخیدن به سمت سیاه‌چاله، مواد را گرم می‌کنند، احاطه می‌شوند. سیاه‌چاله‌ها همچنان که مواد مصرف می‌کنند، فوران‌های قدرتمندی از پلاسما در حدود سرعت نور هاله‌هایی که مناطقی از گاز داغ و در حال چرخش در بالا و پایینِ دیسکِ به هم پیوسته هستند را به بیرون می‌اندازند.

تحقیقات قبلی نشان داده که این هاله‌ها و فوران‌ها به وسیله‌ی میدان‌های مغناطیسی قوی کنترل می‌شود و هرچه میدان مغناطیسی نزدیک به افق رویداد سیاه‌چاله قوی‌تر باشد، فوران‌های آن درخشان‌تر خواهد بود. دلیل آن این است که میدان‌های مغناطیسی، مانند «سینکروترونی» عمل می‌کنند که به ذراتی که در آن حرکت می‌کنند، شتاب می‌دهند. گروه دلیلار رویداد V404Cygni در سال ۲۰۱۵ را در تمام طول موج‌های نوری، رادیویی، اشعه‌ی ایکس و مادون قرمز بررسی کردند و رویدادهای خنک‌کننده‌ی سریع سینکروترونی را یافتند که به آن‌ها امکان اندازه‌گیری دقیق میدان مغناطیسی را داد. داده‌های آن‌ها میدان مغناطیسی بسیار ضعیف‌تری را نسبت به آنچه که توسط مدل‌های فعلی پیش‌بینی کرده بودند، نشان داد.

دلیلار گفت: «این مدل‌ها معمولاً در مورد میدان‌های مغناطیسی بسیار بزرگ‌تر در مبنای فوران صحبت می‌کنند که فرض می‌شود، معادل با هاله‌ها است. نتایج ما نشان می‌دهد که این مدل‌ها ممکن است بیش از حد ساده شده باشند. به‌ویژه، ممکن است مقدار واحدی از میدان مغناطیسی برای هر سیاه‌چاله وجود نداشته باشد.» خود سیاه‌چاله‌ها قطب‌های مغناطیسی ندارند و بنابراین میدان‌ مغناطیسی تولید نمی‌کنند. یعنی میدان‌های مغناطیسی هاله‌ی دیسک به هم پیوسته، تا حدی به وسیله‌ی فضای اطراف سیاه‌چاله تولید می‌شود، فرآیندی که تا کنون به‌خوبی درک نشده است.

این نتیجه به این معنی نیست که یافته‌های قبلی که حاکی از میدان‌های مغناطیسِ قوی بوده‌اند، نادرست هستند، بلکه این نتیجه نشان می‌دهد که ممکن است دینامیک، کمی پیچیده‌تر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، باشد. تحقیقات این گروه نشان داد که فرآیندهای سینکروترون بر رویدادهای خنک‌کننده چیره هستند، اما نمی‌توانند در مورد اینکه چه چیزی در وهله‌ی اول باعث شتاب گرفتن ذرات می‌شود، اطلاعاتی ارائه دهند. همان‌طور که از سیاه‌چاله‌ها انتظار می‌رود، این یافته‌ای است که به یک سوال پاسخ می‌دهد و به تحقیقات بسیار بیشتری نیاز دارد.

پژوهشگر، «کریس پکهام» از دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو، گفت: «باید سیاه‌چاله‌ها را به‌طور کلی درک کنیم. اگر به اولین نقطه در جهان‌مان برگردیم، درست بعد از بیگ بنگ، به‌نظر می‌‌رسد که ارتباطی قوی بین سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها وجود داشته باشد. به‌نظر می‌رسد که تولد و تکامل سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها در جزیره‌ی کیهانی ما، ارتباط تنگاتنگی دارند. نتایج ما شگفت‌انگیز است و ما هنوز در تلاش برای حل کردنِ آن هستیم.»