لایوساینس، محققان پس از بررسی سیاهچاله M۸۷*، اطلاعاتی پیرامون دلیل از دست دادن انرژی سیاهچاله‌ها به هنگام چرخش با سرعت بالا، دست یافته‌اند.

این معما که چگونه سیاهچاله‌ها می‌توانند انرژی خود را با پرتابش به صورت بسته‌های انرژی به محیط اطراف از دست بدهند، تقریبا ۵۰ سال است که دانشمندان را درگیر کرده است. گروهی از محققان به تازگی احتمالا پاسخ این معمای کیهانی را در جت‌های غول پیکر شمشیری‌شکل یکی از هیولایی‌ترین سیاهچاله‌های جهان یافته‌اند.

تصور می‌شود که به طور کلی هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از کشش گرانشی شدید و قدرتمند سیاهچاله فرار کند، اما این گزاره کاملا درست نیست. از اواخر دهه ۱۹۷۰، دانشمندان این نظریه را مطرح کردند که وقتی یک سیاهچاله با سرعت بسیار زیاد می‌چرخد، می‌تواند انرژی دورانی خود را به شکل جت‌های انرژی عظیمی که عمود بر افق رویداد سیاهچاله (مرزی که هیچ چیز فراتر از آن نمی‌تواند از گرانش سیاهچاله در امان بماند) پرتاب می‌کند، از دست بدهد.

با وجود مشاهده و بررسی چندین باره این فوران‌های انرژی و حتی عکس‌برداری از آن‌ها، دانشمندان دقیقا مطمئن نیستند که چگونه انرژی بین سیاهچاله‌های در حال چرخش و جریان‌های سوپرشارژ آن‌ها منتقل می‌شود. برای حل این مشکل، محققان دانشگاه پرینستون توجه خود را به سیاهچاله M۸۷* معطوف کردند؛ سیاهچاله‌ای بسیار پرجرم با جرم معادل ۶.۵ میلیارد خورشید در قلب کهکشان عظیم مسیه ۸۷، که در فاصله ۵۳ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

M۸۷* یکی از سیاهچاله‌هایی است که مطالعات زیادی روی آن انجام شده است. در سال ۲۰۱۹، M۸۷* اولین سیاهچاله‌ای بود که مستقیما از آن عکس‌برداری شد و آوریل امسال نیز، دانشمندان تصویری از جت‌های انرژی در حال شکل‌گیری در اطراف آن را برای اولین بار ثبت کردند. در ماه سپتامبر، محققان همچنین چرخش M۸۷* را به دقت اندازه‌گیری کردند.

در مطالعه جدیدی که در مجله استروفیزیک منتشر شد، تیم تحقیقاتی دانشگاه پرینستون روی جت‌های انرژی سیاهچاله M۸۷* تمرکز کردند تا چگونگی شکل‌گیری آن‌ها را ببینند.

الکساندر لوپساسکا، یکی از نویسندگان این مطالعه، استاد سابق پرینستون و محقق و استاد فعلی دانشگاه واندربیلت که یکی از برندگان جایزه افق نو در فیزیک امسال نیز بود، گفت که این جت‌های انرژی «اساسا مانند شمشیرهای نوری شوالیه‌های جدای جنگ ستارگان ولی به طول میلیون‌ها سال نوری هستند» که می‌توانند تا حدود ۱۰ برابر کهکشان راه شیری گسترش پیدا کنند و مقادیر «واقعا دیوانه‌کننده‌ای» از انرژی را آزاد کنند.

اما چگونه این انرژی از سیاهچاله رانده می‌شود؟ این تیم دریافتند که چرخش M۸۷* با کشیدن خطوط میدان مغناطیسی مارپیچی که توسط دیسک‌های برافزایشی آن ایجاد می‌شوند (حلقه‌های چرخشی پلاسمای فوق‌گرم که افق رویداد را احاطه کرده‌اند) کند می‌شود و سیاهچاله را قطع می‌کند. با کاهش سرعت چرخش سیاهچاله، انرژی اضافی آزاد می‌شود.

البته این مسئله قبلا پیش‌بینی شده بود، اما برای اولین بار، محققان دقیقا چگونگی پیچش این خطوط نامرئی را با استفاده از مدل‌های رایانه‌ای جدید بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط تلسکوپ افق رویداد ترسیم کردند.

این یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که ممکن است هر سیاهچاله‌ای نتواند به این شکل انرژی از دست بدهد. این تیم نشان داد که جهت میدان‌های مغناطیسی مارپیچی تعیین می‌کند که انرژی به کدام سمت هدایت شود و اگر میدان‌های اطراف سیاه‌چاله دیگری آن را در خلاف جهت بچرخاند، انرژی به افق رویداد فرستاده و توسط سیاهچاله بلعیده می‌شود.

• سیاره زمین‌مانند عجیبی که فقط ۲۲ سال نوری فاصله دارد | اینجا حیات فرازمینی پیدا می‌شود؟

با این حال، اگرچه مدل جدید به خوبی با مشاهدات ثبت‌شده از رفتار جت‌های انرژی مطابقت دارد، تیم تحقیقاتی هنوز نمی‌تواند رد کند که چیز دیگری، یا منبع ناشناخته دیگری، ممکن است این جت‌های انرژی را تغذیه کند. بنابراین در حال حاضر از نظر فنی این معما حل نشده است.

لوپساسکا گفت: به عقیده ما به احتمال زیاد سیاهچاله به جت نیرو می‌دهد، اما «هنوز» نمی‌توانیم آن را ثابت کنیم.

این تیم امیدوار است که مشاهدات آینده از تلسکوپ‌های نسل بعدی بتواند به اثبات یافته‌های آن‌ها کمک کند.