کوآزارها، درخشان ترین اشیا در آسمان

مقاله ای درخشان از سایت Popular Mechanics

ترجمه، خلاصه و ساده سازی: اصغر ناصری

در آوریل 2023 ستاره شناسان پدیده ای شگرف را مشاهده کردند: ادغام دو کهکشان که 3 میلیارد سال پس از مهبانگ صورت گرفته است.

این برخورد که با استفاده از آرایه وسیعی از رصدخانه های زمینی و فضایی مشاهده شد، در طی دوره تولد شدید ستارگان روی می دهد که به ظهر کیهانی از آن تعبیر می شود. این برخورد تنها به تولد تعداد زیادی ستاره منجر نمی شود، بلکه برخوردهای کهکشانی از این نوع سوخت لازم برای کوآزارها، اجرام کیهانی بسیار نیرومندی که می توانند درخشندگی بیش از تمامی ستارگان کهکشان میزبان خود داشته باشند، فراهم می کنند.

کوآزارها زیررده ای از هسته های فعال کهکشانی (AGN) هستند، یعنی قلب کهکشان های بزرگی که بسیار فعال و درخشانند. تمامی کوآزارها AGN محسوب می شوند ولی تمامی AGN ها کوآزار نیستند.

اکنون می دانیم کوآزارها سیاهچاله هیا بسیار جسیم (supermassive black holes) هستند که توسط حجم عظیمی از گاز و غبار احاطه شده اند. این مواد ضمن سقوط به درون سیاهچاله سرعتهایی نزدیک به نور پیدا می کنند و در اثر گرمای زیاد شروع به تابش با شدتی فوق العاده زیاد می نمایند. برخوردهای کهکشانی از این دست گاز و غبار میان ستاره ای را به درون سیاهچاله ای مرکزی پرتاب کرده و منجر به درخشندگی فوق العاده آنها می شوند.

اما منبع توان کوآزارها اغلب کاملا روشن نیست. با وجود اینکه کوآزارها قدرتمندترین رویدادهای عالم بوده و درخشندگی آنها بر کل کهکشان میزبان می چربد، همچنان رازآمیز باقی مانده اند.

کشف این حقیقت که کوآزارها ستاره نیستند

نام quasar مخفف quasi-stellar radio source یا منبع رادیویی شبه ستاره ای است. این عنوان وقتی به آنها اطلاق شد که ستاره شناسان رادیویی آنها را در دهه 1950 و 60 رصد کردند. اولین کوآزار 3C273 در سال 1962 معرفی شد. لیکن دانشمندان در شگفت بودند کدام منبع می تواند چنین تابش بلند مدت و پرتوانی داشته باشد. یک ستاره منفرد قادر به چنین کاری نیست.

 

تصویری از 3C273، اولین کوآزاری که شناخته شد. این تصویر توسط دوربین میدان عمیق هابل در 2013 گرفته شده است. این کوآزار در مرکز کهکشان عظیم بیضوی در صورت فلکی ویرگو قرار دارد و یکی از نزدیکترین کوآزارها به زمین است.

نهایتا دانشمندان کشف کردند که ویژگی های غریب در طیف 3C 273 ناشی از شیئی است که 9 میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. حالا می دانیم که نور حاصل از این کوآزار 2 تریلیون بار درخشان تر از خورشید است.

یک ویژگی حیرت آور کوآزارها این است که درخشندگی آنها بسرعت تغییر می کند. این تغییر سریع بدین معناست که قطر آنها بیشتر از پهنای دستگاه خورشیدی نیست. یک شیء کیهانی نمی تواند سریعتر از زمانی که نور برای طی پهنای آن دارد تغییر درخشندگی دهد. کوآزارها در مدت چند روز تغییر درخشندگی می دهند پس پهنای انها نیز باید در حد چند روز نوری باشد.

تشعشع بسیار نیرومند کوآزارها فشاری رو به بیرون وارد می کند که برای مقابله با آن و جلوگیری از متلاشی شدن کوآزار باید یک نیروی گرانشی فوق العاده عظیم وجود داشته باشد. بنابراین کوآزارها باید جرمی به واقع بسیار عظیم داشته باشند، حداقل معادل 100 میلیون ستاره!

 

تصویری از دو کوآزار که تنها 10 هزار سال نوری از هم فاصله دارند و هرکدام در مرکز کهکشان در حال ادغام خود قرار گرفته اند.

در اینجا یک پرسش پیش می آید: چه نوع جرم آسمانی می تواند جرمی معادل 100 میلیون ستاره و تابندگی در حد 100 میلیارد ستاره داشته باشد؟

روشن است که یک ساره منفرد نمی تواند چنین جرم و اندازه یا داشته باشد. بنابراین تنها یک داوطلب باقی می ماند: سیاهچاله های ابرجسیم.

خوراک دادن به ابرسیاهچاله های مرکز کهکشانها

سیاهچاله های ابرجسیم رویدادهای فضا-زمانی هستند که در قلب بیشتر کهکشانها نشسته اند. آنها می توانند جرمی معادل میلیونها و حتی میلیاردها خورشید داشته باشند که در فضایی به اندازه پهنای دستگاه خورشیدی فشرده شده است.

برای مثال ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87، اولین سیاهچاله ای که در سال 2019 بطور مستقیم مورد مشاهده قرار گرفت، جرمی معادل شش و نیم میلیارد خورشید دارد که در فضایی به پهنای 38 میلیارد کیلومتر فشرده شده است.

به علت گرانش عظیم خود، ابرسیاهچاله ها ماده را بسوی خود می کشند. این ماده دیسک های چرخان عظیم به دور سیاهچاله می سازد که طی فرایندی به نام درآشامیدن (accretion) به درون سیاهچاله سقوط می کند. ذرات ماده در طی سقوط با هم اصطکاک می یابند و این فرایند ماده را به حد میلیونها درجه سلسیوس داغ می کند. در نتیجه تشعشعی در گستره طیف الکترومغناطیس از طیف مرئی تا اشعه ایکس پرتوان تولید می شود.

کوآزارها اغلب در کهکشانهایی بسیار دوردست قرار دارند که به فاصله کمی از مهبانگ بوجود آمده اند. زیرا در آن زمان که عالم هنوز جوان و متراکم تر بوده، کهکشانها آنقدر غنی از ماده بوده اند که می توانستند سوخت فراوانی برای کوآزارها فراهم کنند.