دانشمندان بلاخره راز حباب‌های کیهانی مرکز راه شیری را کشف کردند

دانشمندان سرانجام موفق شده‌اند راز حباب‌های کیهانی عظیمی را که در دو سوی مرکز کهکشان راه شیری گسترش یافته‌اند، آشکار کنند. این ساختارهای غول‌پیکر که در طول‌موج‌های ایکس و گاما می‌درخشند، سال‌ها معمایی برای اخترفیزیکدانان بودند، اما اکنون پژوهشی جدید سرنخ‌های مهمی درباره منشأ و چگونگی شکل‌گیری آنها ارائه کرده است.

این ساختارهای عظیم که اولین بار با دو تلسکوپ فضایی مستقل کشف شدند، با نام‌های حباب‌های «فرمی» و «ای‌روزیتا» شناخته می‌شوند. تلسکوپ Fermi در سال ۲۰۱۰ و تلسکوپ eRosita در سال ۲۰۲۰ این حباب‌ها را شناسایی کردند.

از آن زمان تاکنون، بیش از ۱۰۰ مقاله پژوهشی معتبر درباره منشأ، ماهیت و پیامدهای این حباب‌های کیهانی منتشر شده است. اکنون، پژوهشی تازه نشان می‌دهد که این ساختارهای عظیم احتمالاً در نتیجه فوران قدرتمندی از سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز کهکشان در حدود ۲.۶ میلیون سال پیش پدید آمده‌اند؛ فورانی که حدود ۱۰۰ هزار سال طول کشیده است.

حباب‌های فرمی و ای‌روزیتا؛ ردپای یک انفجار عظیم کیهانی

به گزارش Earth.com، در قلب کهکشان راه شیری اتفاقات بسیار پویاتری از آنچه تصور می‌شود در جریان است! ستاره‌شناسان دو حباب غول‌پیکر را کشف کرده‌اند که در بالا و پایین مرکز کهکشان امتداد داشته و هریک حدود ۵۰ هزار سال نوری طول دارند.

با وجود ابعاد شگفت‌انگیزشان، این حباب‌های عظیم از دید ناظران عادی پنهان مانده‌اند، چرا که در طول‌موج‌های پرانرژی گاما و ایکس می‌درخشند. شواهد نشان می‌دهند که این ساختارهای اسرارآمیز حاصل فوران‌های پرقدرت سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز کهکشان، کمان اِی (*Sagittarius A)، هستند.

دانشمندان معتقدند چند میلیون سال پیش، فورانی عظیم از این سیاه‌چاله مقدار زیادی انرژی را در زمانی کوتاه آزاد کرده و این ساختارهای غول‌پیکر را پدید آورده است.

سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم و شکل‌گیری حباب‌های کهکشان

پژوهش‌ها نشان می‌دهند که جریان خروجی از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم می‌توانند گازهای اطراف را به بیرون پراکنده کرده و حباب‌های عظیم را تشکیل دهد و درعین‌حال، اجازه نمی‌دهند سیاه‌چاله به‌طور نامحدود رشد کند.

«ماتئوس روسکوفسکی»، ستاره‌شناس از دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید:

«یافته‌های ما از این نظر مهم هستند که به ما کمک می‌کنند بفهمیم سیاه‌چاله‌ها چگونه با کهکشان‌های میزبان خود تعامل دارند. این تعامل تعیین می‌کند که آیا سیاه‌چاله‌ها به‌صورت کنترل‌شده رشد می‌کنند یا اینکه رشدشان از کنترل خارج می‌شود.»

او ادامه می‌دهد: «اگر مدل حباب‌های فرمی و ای‌روزیتا را ناشی از فعالیت سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم بدانیم، می‌توانیم به پرسش‌های بنیادین درباره ساختار و تکامل کهکشان‌ها پاسخ دهیم.»

مشاهدات اخیر از پدیده‌هایی مانند تابش ریزموج‌های مرموز و سایر گسیل‌های پرانرژی نزدیک مرکز کهکشان نیز این سناریو را تأیید کرده است. این نظریه با فرضیه قدیمی‌تری که منشأ این حباب‌ها را به انفجارهای ابرنواختری مرتبط می‌کرد، در تضاد است. روسکوفسکی می‌گوید:

«ما نه‌فقط می‌توانیم مدل ستاره‌زایی را رد کنیم، بلکه می‌توانیم پارامترهایی را که برای بازتولید تصاویری مشابه آنچه در آسمان دیده می‌شود، در چارچوب مدل سیاه‌چاله‌ای، دقیق‌تر تنظیم کنیم. اکنون می‌توانیم اطلاعات بیشتری را محدود کنیم؛ ازجمله اینکه چه مقدار انرژی به این حباب‌ها تزریق شده، محتوای درونی آنها چیست و این انرژی در چه بازه‌ای به درون آنها منتقل شده است.»

براساس این نظریه، سه منبع اصلی انرژی که موجب شکل‌گیری و انبساط این حباب‌های عظیم شده‌اند، عبارت‌اند از: انرژی جنبشی، انرژی گرمایی و انرژی پرتوهای کیهانی.

پرتوهای کیهانی و امواج ضربه‌ای

حباب‌های eRosita و Fermi در طول‌موج‌های متفاوتی می‌درخشند اما به نظر می‌رسد که هر دو نتیجه فوران عظیم انرژی باشند. محققان معتقدند امواج ضربه‌ای ناشی از تشکیل حباب‌های Fermi احتمالاً باعث شده است که حباب‌های eRosita تقریباً دو برابر اندازه اولیه خود گسترش پیدا کنند.

با ردیابی پرتوهای کیهانی درحال گسترش، ستاره‌شناسان راه تازه‌ای برای بررسی پدیده‌های اسرارآمیز در مرکز کهکشان راه شیری یافته‌اند. «یانگ»، یکی از اعضای تیم پژوهشی، می‌گوید:

«شبیه‌سازی ما از این نظر منحصربه‌فرد است که تعامل میان پرتوهای کیهانی و گازهای درون کهکشان راه شیری را نیز در نظر می‌گیرد.»

پرتوهای کیهانی که همراه با فوران‌های سیاه‌چاله تزریق شده‌اند، منبسط شده و حباب‌های فرمی را شکل می‌دهند که در پرتوهای گاما می‌درخشند.»

همچنین، همان انفجار عظیمی که حباب‌های فرمی را ایجاد کرد، گازهای اطراف مرکز کهکشان را نیز به بیرون رانده و امواج ضربه‌ای پدید آورده که به‌صورت حباب eRosita مشاهده می‌شود.

مشاهده این حباب‌ها به ستاره‌شناسان کمک کرده تا مدت‌زمان فعالیت سیاه‌چاله مرکزی را با دقت بیشتری تعیین کرده و تاریخچه کهکشان راه شیری را بهتر درک کنند.

پیش‌ازاین، در مدل «ستاره‌فشانی» (Starburst) تصور می‌شد که حباب‌های فرمی و ای‌روزیتا حاصل دوره‌ای طولانی از تشکیل ستاره‌های پرجرم و انفجارهای ابرنواختری در مرکز کهکشان راه شیری هستند. براساس این مدل، انرژی ناشی از این انفجارها و بادهای ستاره‌ای، به‌تدریج گازهای میان‌ستاره‌ای را به بیرون پرتاب کرده و ساختارهای وسیعی را در طی میلیون‌ها سال شکل داده است.

اما شواهد جدید نشان می‌دهند که رویدادی که این حباب‌های عظیم را پدید آورده است، بسیار کوتاه‌تر از بازه‌ زمانی پیشنهادی در مدل ستاره‌فشانی بوده است؛ در واقع، فعالیتی که زمانی تصور می‌شد میلیون‌ها سال ادامه داشته، در بازه‌ای بسیار کوتاه‌تر رخ داده است.

محققان تأکید می‌کنند که مدل ستاره‌فشانی نیازمند دوره‌ای طولانی‌تر برای تزریق انرژی است، که در این صورت، اندازه و شکل حباب‌ها متفاوت از آنچه امروز می‌بینیم، شکل می‌گرفت. محققان می‌گویند:

«مدل ما که بر فعالیت سیاه‌چاله استوار است، به‌خوبی اندازه نسبی حباب‌های پرتو ایکس eRosita و حباب‌های پرتو گامای Fermi را پیش‌بینی می‌کند، به شرط آنکه زمان تزریق انرژی تنها یک درصد از آن مقدار باشد؛ یعنی حدود یک‌دهم میلیون سال!»

اگر انرژی طی ۱۰ میلیون سال تزریق شده بود، حباب‌هایی با شکلی کاملاً متفاوت ایجاد می‌شدند. امکان مقایسه حباب‌های پرتو ایکس و پرتو گاما از دو تلسکوپ مختلف، همان قطعه گمشده‌ای بود که تاکنون در این معما کشف نشده بود.

این ساختارهای عظیم که در نزدیکی کهکشان خودمان کشف شده‌اند، فرصتی بی‌نظیر برای جمع‌آوری داده‌های دقیق‌تر نسبت به کهکشان‌های دوردست فراهم کرده‌اند. حباب‌های کهکشانی نه‌تنها پنجره‌ای به‌سوی درک پدیده‌های کیهانی باز می‌کنند، بلکه ارتباط شگفت‌انگیزی با زندگی روزمره ما دارند.

این حباب‌ها نشان می‌دهند که چگونه وقایع کیهانی بر تکامل کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارند، چگونه ستارگان و سیارات شکل می‌گیرند و در نهایت، چگونه محیط کیهانی اطراف ما دستخوش تغییر می‌شود.

در این پژوهش، دانشمندان از شبیه‌سازی‌هایی استفاده کرده‌اند که هیدرودینامیک، گرانش و فیزیک پرتوهای کیهانی را در نظر می‌گیرد. تطبیق این شبیه‌سازی‌ها با داده‌های رصدی، به دانشمندان کمک می‌کند تا میزان انرژی درگیر و ترکیب این حباب‌های عظیم را بهتر درک کنند.

حباب‌های کهکشانی: میراث انفجاری سیاه‌چاله‌ مرکز راه شیری

در مجموع، این حباب‌های کهکشانی که گویی کهکشان ما را به یک ساندویچ عظیم کیهانی تبدیل کرده‌اند، به احتمال زیاد بر اثر انفجار کیهانی ناشی از سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز کهکشان شکل گرفته‌اند.

این سیاه‌چاله به‌جای اینکه بی‌رویه رشد کند، ماده‌ اطراف خود را به بیرون پرتاب کرده و این ساختارهای بادکنکی‌شکل را پدید آورده است که در طیف‌های مختلف نوری، ازجمله پرتوهای گاما و ایکس، می‌درخشند.

چرا این کشف اهمیت دارد؟

کشف دو حباب عظیم در بالا و پایین کهکشان راه شیری که هریک بیش از ۵۰ هزار سال نوری گسترده شده‌اند، ممکن است فراتر از درک ما باشد اما با مطالعه این حباب‌ها و انرژی که سیاه‌چاله *Sagittarius A برای ایجاد آنها آزاد کرده است، دانشمندان می‌توانند چگونگی رشد کهکشان‌ها، شکل‌گیری ستارگان و سیارات و تأثیر متقابل کیهان بر محیط اطرافمان را بهتر درک کنند.

این درک نه‌تنها به ما کمک می‌کند تا گذشته‌ی کیهان را بشناسیم، بلکه سرنخ‌هایی از آینده‌ی آن نیز در اختیارمان قرار می‌دهد.

نتایج کامل این مطالعه در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.