سیاهچاله‌ها انواع گوناگونی دارند. کم‌جرم‌ترین سیاهچاله‌ها «سیاهچاله‌های ستاره‌ای» هستند که از مرگ ستاره‌های پرجرم و انفجار ابرنواختری به وجود می‌آیند و جرمی بین ۱.۵ تا ۱۰۰ جرم خورشیدی دارند. دسته‌ی بعدی «سیاهچاله‌های میان‌جرم» هستند که تا به حال شواهد رصدی برای آنها پیدا نشده است. دسته‌ی آخر «سیاهچاله‌های اَبَرپرجرم» با جرمی بیش از ۱۰۰هزار جرم خورشیدی هستند در مرکز کهکشان‌ها وجود دارند. جرم این سیاهچاله‌ها در کهکشان‌های نزدیک از روی بررسی حرکت ستاره‌های اطراف سیاهچاله به دست می‌آید. پژوهش‌ها نشان داده است که جرم سیاهچاله‌های ابرپرجرم متناسب با جرم هاله‌ی کهکشان میزبانش است؛ به این معنا که کل جرم ستاره‌ای کهکشان‌های بیضوی یا جرم ستاره‌ای هاله‌ی کهکشان‌های مارپیچی با جرم سیاهچاله‌ی مرکزی ارتباط دارد. این تناسب از طرفی نشان دهنده‌ی تحول همزمان سیاهچاله‌ها و کهکشان‌ها است، و از طرف دیگر روشی را برای محاسبه‌ی جرم سیاهچاله‌ها از طریق کمیت دیگری که اندازه‌گیری آن ساده‌تر است (جرم کهکشان) به ما معرفی می‌کند.
تصویر ۱: جرم سیاهچاله‌ی ابرپرجرم بر حسب کل جرم ستاره‌ای کهکشان. نقاط قرمز کهکشان‌ها با سیاهچاله‌های فعال مرکزی بررسی‌شده در این مقاله هستند. نقاط آبی کهکشان‌های بیضوی با سیاهچاله‌های آرام هستند. خطوط طوسی روابط مختلف به دست آمده بین جرم سیاهچاله و جرم هاله‌ی کهکشان (و نه کل جرم کهکشان) را نشان می‌دهند.
جرم سیاهچاله‌های نزدیک، همان‌طور که پیشتر ذکر شد، از روش‌های مستقیم بررسی حرکت ستاره‌ها و سحابی‌های اطراف سیاهچاله محاسبه می‌شود. در این وبسایت می‌توانید ویژگی‌های حدود ۹۰ سیاهچاله‌ی فعال را که تا کنون اندازه‌گیری شده‌اند ببینید. از طرف دیگر جرم ستاره‌ای هاله‌ی این کهکشان‌ها نیز از طریق روش‌های گوناگون اندازه‌گیری می‌شود. اما در انتقال‌به‌سرخ‌های بالا، منجمان به داده‌های غنی کهکشان‌های محلی دسترسی ندارند. جرم سیاهچاله‌ها از روش‌های غیرمستقیم اندازه‌گیری می‌شود و محاسبه‌ی جرم هاله‌ی کهکشان‌ها هم به علت وضوح و حساسیت کمتر ابزارها خطای زیادی دارد. بنابراین در محاسبات کهکشان‌های دور معمولا از جرم ستاره‌ای کل کهکشان استفاده می‌شود.
در این مقاله مولفان با استفاده از نمونه‌ای از کهکشان‌های محلی تفاوت بین رابطه‌ی جرم سیاهچاله با جرم ستاره‌ای کل کهکشان و جرم ستاره‌ای هاله‌ی کهکشان را بررسی کرده‌اند. رابطه‌ی بین جرم سیاهچاله و جرم هاله رابطه‌ی تناتنگ‌تری است، اما هدف این مقاله این است که رابطه‌ای بین جرم سیاهچاله و جرم ستاره‌ای کل کهکشان پیدا کند که به عنوان مرجع برای کهکشان‌های دور استفاده شود. به همین علت در این مقاله سعی شده است که از روش‌های متداول در بررسی کهکشان‌های دور استفاده شود، اما با کنترل بیشتری بر عوامل تاثیرگذار.
در تصویر یک جرم سیاهچاله بر حسب کل جرم ستاره‌ای کهکشان‌ها نشان داده شده است. رابطه‌ی کهکشان‌هایی که هسته‌ی فعال دارند (نقاط قرمز) شیبی نزدیک به رابطه‌ی کهکشان‌های بیضوی با سیاهچاله‌های آرام (نقاط آبی) دارد، اما عرض‌از‌مبدا آن بسیار کمتر است. تفاوت عرض‌از‌مبداها ممکن است به علت وجود سیاهچاله‌های فعال باشد یا به نوع کهکشان میزبان بستگی داشته باشد. بنابر این پژوهش، رابطه‌ای که از طریق داده‌های کهکشان‌های محلی به دست آمده است (خطوط طوسی در تصویر ۱) عرض‌از‌مبدا بیشتری نسبت رابطه‌ی بین جرم ستاره‌ای و جرم سیاهچاله‌ی کهکشان‌های فعال در انتقال‌به‌سرخ‌های بالا دارد. بنابراین روابط محلی باید با احتیاط بیشتری برای به دست آوردن جرم سیاهچاله‌های کهکشان‌های دور استفاده شوند. تغییر شیب و یا عرض‌از‌مبدا این روابط نشان‌دهنده‌ی متفاوت بودن جمعیت سیاهچاله‌های پرجرم در کهکشان‌های دور و نزدیک است.
* تصویر بالای مقاله، تصویر سیاهچاله‌ی ابرپرجرم شبیه‌سازی شده در فیلم میان‌ستاره‌ای (Interstellar) است.
عنوان اصلی مقاله: Relations Between Central Black Hole Mass and Total Galaxy Stellar Mass in the Local Universe
نویسندگان: Reines, Amy E.; Volonteri, Marta
این مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Astrophysical Journal پذیرفته شده است. لینک مقاله‌‌ی اصلی: http://arxiv.org/abs/1508.06274
گردآوری: آیرین شیوایی
