سیاهچاله‌های اَبَرپرجرم در مرکز چه کهکشانهایی به وجود می‌آیند؟

سیاهچاله‌های اَبَرپرجرم در مرکز چه کهکشانهایی به وجود می‌آیند؟
تصویر ۱: تصویر تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر زمینی از هسته یک کهکشان فعال. سیاهچاله‌ ابرپرجرم در مرکز کهکشان، گاز و غبار اطرافش را می‌بلعد و موجب درخشندگی زیادی می‌شود.

تصویر ۱: تصویر تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر زمینی از هسته یک کهکشان فعال. سیاهچاله‌ ابرپرجرم در مرکز کهکشان، گاز و غبار اطرافش را می‌بلعد و موجب درخشندگی زیادی می‌شود.

نور بیشتر کهکشانهایی که می‌بینیم ناشی از تابش ستاره‌ها و گازهای درون آنها است. در این میان، کهکشانهایی به نام کهکشانهای فعال نیز وجود دارند که در توزیع طیفی انرژی‌شان تابشهای غیرستاره‌ای دیده می‌شود. تابش غیرستاره‌ای این کهکشانها ناشی از سیاهچاله‌های ابرپرجرمی است که جرمی برابر با چند صد هزار تا چندین میلیارد برابر جرم خورشید دارند و در مرکز کهکشان هستند. این سیاهچاله‌های ابرپرجرم، مواد اطرافشان را در ناحیه کوچکی می بلعند که درخشندگی بسیار زیادی تولید می‌کند. این ناحیه کوچک، هسته کهکشانی فعال۱ نام دارد. اختروَش‌ها۲ کهکشانهایی هستند که هسته‌های کهکشانی فعال بسیار درخشان دارند.

در این مقاله، نویسندگان ویژگی‌های کهکشانهای میزبان هسته‌های فعال را بررسی و آنها را با کهکشانهای معمولی، یعنی کهکشانهای پیری که فعالیت ستاره‌زایی کمی دارند و کهکشانهای جوانی که نرخ تولید ستاره بالایی دارند، مقایسه کرده‌اند.

در سالهای اخیر، مطالعات بسیاری درباره رابطه میان جرم سیاهچاله‌های هسته کهکشانها و ویژگی‌های فیزیکی کهکشانهای میزبان انجام شده است. از جمله این پژوهشها، پیدا کردن ارتباط معناداری میان کهکشانهایی که هسته فعال دارند و ویژگی‌های ستاره‌زایی آنهاست. در بسیاری از پژوهشها نشان داده می‌شود که کهکشانهایی که میزبان هسته‌های فعال هستند، در مقایسه با سایر کهکشانها ستاره‌زایی بیشتری دارند. اما از طرفی نرخ ستاره‌زایی با میزان گاز کهکشانها نیز رابطه تنگاتنگی دارد. بنابراین ممکن است که وجود هسته‌های فعال با محتوای گاز کهکشانها رابطه بنیادین‌تری داشته باشد.

میزان جرم گازهای یک کهکشان، یعنی گازهای ملکولی و اتمی، را می‌توان از روی میزان غبار کهکشان به‌ دست آورد. غبار کهکشان یکی از کمیتهای قابل رصد است. نور مرئی و فرابنفشی که از ستاره‌ها تابیده می‌شود توسط غبار میان‌ستاره‌ای موجود در کهکشانها جذب می‌شود و در طول موجهای بلندتر فروسرخ بازتابیده می‌شود. از این رو، رصد کهکشانها در طیف فروسرخ اطلاعاتی را درباره میزان و ترکیبات غبار موجود در کهکشان می‌دهد. بعد از اندازه‌گیری میزان غبار کهکشان از طریق رصد طیف فروسرخ آن، می توان میزان غبار را، با ضریبی به میزان گاز داخل کهکشان تبدیل کرد. این ضریب یک تقریب است و به کمیتهای دیگری، از جمله میزان عناصر سنگین کهکشان، بستگی دارد. اما در تقریب اول، تغییرات میزان گاز کهکشان با تغییرات میزان غبار آن رابطه دارد و عدم قطعیت در ضریب تبدیل را می‌توان نادیده گرفت.

سیاهچاله‌های ابرپرجرم

تصویر ۲: نمودار جرم گاز داخل کهکشانها بر حسب جرم ستاره‌ای آنها در دسته‌های جرم ستاره‌ای (نمودار سمت راست) و دسته‌های انتقال به سرخ یا فاصله (نمودار سمت چپ). علامتهای آبی کهکشانهای میزبان هسته‌های فعال را نشان می‌دهند و علامتهای قرمز کهکشانهای معمولی را نشان می‌دهند. خطوط مورب نشان دهنده نسبت جرم گاز به کل جرم کهکشان (گاز+ستاره) هستند.
برای اطلاعات بیشتر درباره نمودارها به متن مراجعه کنید.

در این مقاله، طیف فروسرخ دور چند صد کهکشان فعال، در انتقال به سرخهای کمتر از ۱، با استفاده از تلسکوپ فضایی هِرشل۳ رصد شده است و جرم گازی آنها از روی جرم غبارشان تخمین زده شده است. برای مقایسه، کهکشانهای غیرفعال دیگری نیز رصد شده و جرم گازشان محاسبه شده است. محققان، برای مقایسه بهتر، نویسندگان ابتدا این کهکشانها را در دسته‌هایی بنابر جرم ستاره‌ای و انتقال به سرخشان تقسیم کرده‌اند. سپس، میانگین کمیتهای مختلف را، مانند جرم گازی، در این دسته‌ها حساب کرده‌اند. نتیجه این تقسیم‌بندی و محاسبات را در تصویر شماره ۲ می‌توانید ببینید. در این نمودارها، جرم ستاره‌ای کهکشان، که جرمی است که در ستاره‌ها وجود دارد و معمولا به آن به طور خلاصه جرم کهکشان می‌گویند، در محور افقی، و جرم گازی، که مجموع جرم گازهای میان‌ستاره‌ایست که از روی جرم غبار کهکشانها تخمین زده شده است، در محور عمودی کشیده شده است. نمودار سمت راست، کهکشانها را در دسته‌های جرم ستاره‌ای و نمودار سمت چپ، کهکشانها را در دسته‌های انتقال به سرخ نشان می‌دهد.

در هر دو نمودار تصویر شماره ۲ مشخص است که کهکشانهای میزبان هسته‌های فعال، که در تصویر با رنگ آبی نشان داده شده‌اند، همواره جرم گازی بیشتری از سایر کهکشانها، که در تصویر به رنگ قرمز هستند، دارند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که در هر فاصله (انتقال به سرخ) و در هر جرمی، هسته‌های فعال کهکشانی صرف نظر از علت به وجود آمدنشان، در کهکشانهایی که محتوای گازی بیشتری دارند بیشتر اتفاق می‌افتند. این اختلاف در میان کهکشانهای فعال و غیرفعال با جرمهای کمتر، بیشتر دیده می‌شود. بنابر این نتایج، برخوردهای کهکشانی احتمالا نقش ثانویه‌ای را در به وجود آمدن هسته‌های فعال در مرکز کهکشانها دارند و مهمترین عامل، میزان گاز موجود در کهکشان است. این نتیجه را این گونه می‌توان توضیح داد که، از نظر آماری، در کهکشانی که گاز بیشتری دارد، احتمال بلعیده شدن گازها توسط سیاهچاله ابرپرجرم مرکز کهکشان و به وجود آمدن هسته فعال، بیشتر است.

۱. Active Galactic Nucleus یا AGN
۲. Quasar
۳.  Herschel Space Observatory

عنوان اصلی مقاله:
Black hole accretion preferentially occurs in gas rich galaxies
نویسندگان:
Fabio Vito, Roberto Maiolino, Paola Santini, et al
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ MNRAS پذیرفته شده است.
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1403.7966
گردآوری: آیرین شیوایی
دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آیرین شیوایی

پژوهشگر پَسادکترا در زمینه‌ی نجوم رصدی کهکشان‌ها در دانشگاه آریزونا است. او هم‌اکنون عضو تیم علمی ابزار فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب است. او در سال ۲۰۱۷ دکترای فیزیک خود را از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید دریافت کرد. پروژه‌ی دکترای او تحقیق درباره‌ی چگونگی تحول کهکشان‌های جوان عالم از طریق بررسی غبار میان‌ستاره‌ای و ستاره‌زایی در آن‌ها بود. او برای مطالعه و بررسی این کهکشان‌ها، که حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند، از داده‌های تلسکوپ‌های زمینی کک و تلسکوپ‌های فضایی هابل و اِسپیتزر استفاده کرد.

بازتاب‌ها

  1. تأثیر برخوردهای پرانرژی کهکشانی در فعال کردن هسته‌ی کهکشان‌ها | اسطرلاب (StarYab) ۲ تیر, ۱۳۹۳، ۰۶:۵۹

    […] کهکشانی فعال نامیده می شود. همان‌طورکه قبلاً در این مقاله توضیح داده شد، منبع این تابش‌های شدید غیرستاره‌ای، […]

  2. SDSS۱۱۳۳: جرمی ناشناخته در یک کهکشان کوتوله‌‌ی نزدیک | اسطرلاب (StarYab) ۳ آذر, ۱۳۹۳، ۰۹:۴۴

    […] در اسطرلاب منتشر کرده‌ایم (برای مثال اینجا، اینجا، و اینجا). سیاهچاله‌های ابرپرجرم معمولا در مرکز کهکشان‌ها […]

دیدگاه‌ها

  1. Shayan
    Shayan ۱۸ فروردین, ۱۳۹۳، ۰۱:۴۶

    یه جایی اون وسط نوشتین «ویژگی ستاره‌زایی»… یعنی کهکشان ستاره‌زایی میکنه؟ چجوری؟
    مرسی

    پاسخ به این دیدگاه
    • staryab
      staryab ۱۸ فروردین, ۱۳۹۳، ۱۲:۱۰

      بله. داخل کهکشانها ابرهای گاز و غبار وجود دارد که به آنها سحابی می‌گویند. اگر بخشی از این گاز و غبار به مقدار کافی متراکم شود در مرکز آن همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد و ستاره‌ای متولد می‌شود که تابشش حاصل از همان همجوشی هسته‌ای است. این اتفاق در تمام کهکشانها رخ می‌دهد. هرچه یک کهکشان جوانتر باشد و گاز و غبار بیشتری داشته باشد، ستاره‌های بیشتری در آن متولد می شوند (نرخ ستاره‌زایی آن بیشتر خواهد بود). کهکشانی که پیر است ستاره‌زایی کمتری دارد، چون گاز و غبار کمتری دارد.

      بنابراین، یکی از ویژگی‌های مهم کهکشانها نرخ ستاره‌زایی آنها است، که نشان می‌دهد کهکشان چقدر فعال است. واحد نرخ ستاره‌زایی کهکشانها «جرم خورشیدی در سال» است (یعنی در طول یک سال در آن کهکشان چند ستاره به واحد جرم خورشید متولد می‌شود).

      پاسخ به این دیدگاه
      • Shayan
        Shayan ۱۸ فروردین, ۱۳۹۳، ۱۴:۲۶

        مرسی! قشنگ برایم جا افتاد!

        پاسخ به این دیدگاه
      • Shayan
        Shayan ۲۰ فروردین, ۱۳۹۳، ۰۸:۲۵

        یه سوال دیگر برای من درست شد،
        گاز و غبار داخل کهکشانها سبب تولید ستاره می‌شوند. راه دیگری هم برای تولید ستاره هست؟ اصلا ستاره‌ای هست که «عضو» هیچ کهکشانی نباشد و برای خودش سرگردان باشد؟

        پاسخ به این دیدگاه
  2. staryab
    staryab ۲۰ فروردین, ۱۳۹۳، ۱۱:۴۱

    همه ستاره‌ها از سحابی‌ها (ابرهای گاز و غبار) به وجود می‌آیند. این تنها راه تولید ستاره است. اما ممکن است ستاره‌هایی باشند که عضو هیچ کهکشانی نباشند. این ستاره‌ها به دلایل مختلف ممکن است از کهکشانشان طرد شده باشند. مثلا یکی از دلایل می‌تواند برخوردهای عظیم کهکشانی باشد: زمانی که دو کهکشان با هم برخورد می‌کنند، یا حتی زمانی که فقط از نزدیکی هم می‌گذرند، اختلالهای زیادی در مدار ستاره‌ها به دور مرکز کهکشان به وجود می‌آید که ممکن است باعث پرتاب شدن ستاره به خارج از کهکشان شود.
    البته چنین ستاره‌هایی بسیار نادر هستند.

    پاسخ به این دیدگاه
  3. Mr.Geo22
    Mr.Geo22 ۳۰ آبان, ۱۳۹۳، ۲۲:۰۱

    یک ابر گرد و غبار در حال بلعیده شدن توسط سیاه چاله مرکز کهکشان ماست؛ بعد از آن چه اتفاقی خواهد افتاد؟
    نشریه دانشمند – شماره ۶۱۳

    http://wp.me/p4wXtd-9p

    پاسخ به این دیدگاه
  4. amator
    amator ۱۵ آذر, ۱۳۹۳، ۲۰:۲۶

    جالب بود دوتا سئوال دارم :
    ۱٫ ( پاراگراف اخر ) در هر دو نمودار تصویر شماره … محتوای گازی بیشتری دارند بیشتر اتفاق می‌افتند. منظور چی بیشتر اتفاق میوفته؟
    انتقال به سرخ؟
    ۲٫ در مورد ستاره زایی, کهکشانی مثلا فرض یکی از همین اختروشا کاز و غبار کمی داشته باشه. خب همون مقدار گازو غباره کمی که داره
    که توسط ابرسیاهچاله مرکز داره خورده میشه مسلما یه قرص برافزایشی هم دوره اون سیاهچاله هست دیگه. میتونه اون قرص برافزایشی که
    گاز و غبار درش قدری فشرده میشن باعث ایجاد یا تولید ستاره بشه؟ به عبارت دیگه هرچی قرص پر محتوا تر باشه میزان یا احتمال ستاره
    سازی هم یشتر بشه. همچین چیزی ممکن هست؟ یعنی دیسک سیاهچاله مثل یه کارخانه ستاره سازی عمل کنه. ( در کهکشان های پیر )

    پاسخ به این دیدگاه
    • آیرین شیوایی
      آیرین شیوایی نویسنده ۱۷ آذر, ۱۳۹۳، ۱۰:۱۶

      سلام و ممنون از توجه‌تان.

      ۱. منظور این است که بنابر این پژوهش، هسته‌های فعال کهکشانی در کهکشان‌هایی که محتوای گازی بیشتری دارند، بیشتر دیده می‌شوند. این احتمال به جرم و فاصله (انتقال‌به‌سرخ) کهکشان میزبان وابسته نیست.

      ۲. یادتان باشد که اندازه‌ی قرص برافزایشی سیاهچاله‌ی مرکزی نسبت به ابعاد کهکشان بسیار بسیار کوچک‌تر است. وقتی از ستاره‌زایی صحبت می‌کنیم، منظورمان نرخ تولید ستاره در ابعاد کل کهکشان است و نه فقط محدود به اطراف سیاهچاله‌ی مرکزی. بنابراین ستاره‌زایی کل کهکشان از گاز و غباری که در حال فروریختن در سیاهچاله است ناشی نمی‌شود.

      امیدوارم که پاسختان را توانسته باشم بدهم :)

      پاسخ به این دیدگاه
  5. amator
    amator ۱۹ آذر, ۱۳۹۳، ۱۶:۲۴

    خب این کاملا مشخصه که هرچی مواد یا همون محتوای گازی یه کهکشان بیشتر باشه اون سیاهچاله مرکزی هم قاعدتا خب خوراک بیشتری هم برای تغذیه و یا بلعیدن داره و باعث فعال بودن زیادش میشه ( درست میگم ؟؟؟ ).بله بله درین شکی نیست که نرخ تولید به حجم و وسعت کهکشان مربوطه. نه بیشر میخواستم بدونم که قرص برافزایشی یه سیاهچاله هم میتونه نقشی در ستاره زایی داشته باشه. که با پاسخ شما متوجه شدم نه نقشی نداره :) خیلی خوبه که این سایتو زدید دسته کمی از یه کهکشان فعال نداره :)

    پاسخ به این دیدگاه
    • آیرین شیوایی
      آیرین شیوایی نویسنده ۲۴ آذر, ۱۳۹۳، ۰۱:۴۰

      خیلی ممنون!

      البته این رو یادتون باشه که خیلی هم قابل انتظار نیست که جرم سیاهچاله‌ی مرکزی به جرم کهکشان اصلی ربط داشته باشه. چون که ابعاد سیاهچاله‌ی مرکزی در مقایسه با کهکشان بسیار کوچک است و در نگاه اول انتظار نداریم که تاثیری روی کل کهکشان بگذارد. مثلا این‌طوری فکر کنید که مثل این باشد که اندازه‌ی ناخن دست شما روی قد شما تاثیر بگذارد! در وهله‌ی اول فکر نمی‌کنیم که جرم سیاهچاله روی جرم کهکشان تاثیر بگذارد، اما تحقیق‌ها (مانند این مقاله) نشان می‌دهند که این دو بی ارتباط با هم نیستند.

      پاسخ به این دیدگاه
  6. amator
    amator ۲۴ آذر, ۱۳۹۳، ۲۰:۰۲

    یعنی از دید جرم نگاه کنیم سیاهچاله ساز خودشو میزنه کهکشان هم ساز خودشو ؟
    میشه بگیئ جرم سیاهچاله چه تاثیری روی جرم کهکشان میذاره ؟منظور از تاثیر اینه که اگر جرم سیاهچاله بیشتر باشه نرخ دریافت محتوای گازی برای تغذیه هم زیاد میشه و یا عکسش؟ موضوع رو کلا درست متوجه شدم؟

    پاسخ به این دیدگاه
    • آیرین شیوایی
      آیرین شیوایی نویسنده ۷ دی, ۱۳۹۳، ۰۴:۴۹

      ارتباط جرم سیاهچاله و جرم کهکشان میزبان یک رابطه‌ی تجربی است، در نگاه اول انتظار نمی‌رود که یک سیاهچاله در مرکز کهکشان که اندازه‌ی قرص برافزایشی آن نسبت به ابعاد کهکشان بسیار کوچکتر است، تاثیری روی جرم کهکشان داشته باشد. اما تحقیقات خلاف این را نشان می‌دهند (مانند این مقاله).
      امیدوارم جواب پرسش‌تان را توانسته باشم بدهم.

      پاسخ به این دیدگاه
  7. amator
    amator ۲۲ دی, ۱۳۹۳، ۱۱:۴۱

    بله البته که قرص برافزایشی به اون کوچیکی میتونه تاثیرات عظیمی رو به همراه داشته باشه اونم تنها به این دلیل که سیاهچاله ها از نظر گرانشی بینهایتن و یا حداقلش حداقلش بیشتر از کهکشانه که همچین قدرتی دارن. خود اون کهکشان در واقع نوعی قرص برافزایشی منتها در ابعاد خیلی خیلی بزرگتر ….

    پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*