سیاه‌چاله کلان‌جرم

سیاه‌چاله کلان جرم بزرگترین نوع سیاه‌چاله در کهکشان‌هاست که گمان می‌رود در مرکز تقریباً همه کهکشان‌ها از جمله کهکشان راه شیری[2](کمان ای* با جرم چهار میلیون جرم خورشیدی[3]) نیز یافت شود[4][5] که دارای جرمی معادل صدها هزار تا چندین میلیارد برابر جرم خورشید هستند. این سیاه‌چاله‌ها پر جرم‌ترین نوع سیاه‌چاله‌ها هستند و گرانش بسیار زیادی دارند که در جهان بی نظیر است.[6] همچنین تصور می‌رود که مرکز کهکشان ان‌جی‌سی ۴۲۶۱ سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم با ۴۰۰ میلیون جرم خورشید باشد.

نخستین نما از سیاه‌چالهٔ کلان‌جرم ۶/۵ میلیارد برابر پرجرم تر از خورشید در تاریخ ۱۰ آوریل ۲۰۱۹ از مرکز کهکشان M87

بالا: یک نقاشی تخیلی از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم در حال بلعیدن یک ستاره. پایین: تصاویری که اعتقاد بر این است سیاهچاله کلان‌جرم مرکز کهکشان RXJ 1242-11 باشد. چپ: پرتو ایکس، راست: در نور مرئی.[1]

یکی از تفاوت‌های اصلی این سیاه‌چاله چگالی کمتر آن‌هاست. چگالی سیاه‌چاله‌ها جرم آن تقسیم بر حجم ناشی از شعاع شوارتزشیلد است. این مقدار می‌تواند کمتر از چگالی آب باشد.[7] علت آن این است که شعاع شوارتزشیلد سیاهچاله به‌طور خطی با جرم افزایش می‌یابد پس می‌توان آن را به صورت زیر نوشت:

${\displaystyle R=kM}$

که در آن R، شعاع سیاه‌چاله، M، جرم آن و k ضریب تناسب است؛ و بنابرین داریم:

${\displaystyle \rho ={\frac {M}{V}}={\frac {M}{{\frac {4}{3}}\pi R^{3}}}={\frac {M}{{\frac {4}{3}}\pi k^{3}M^{3}}}=KM^{-2}}$

و به همین دلیل هرچه سیاه‌چاله پرجرم‌تر باشد چگالی آن کمتر است و همچنین به علت بزرگ بودن افق رویداد، نیروی تیدال سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم به طرز قابل ملاحظه‌ای کمتر است.

جرم این سیاه‌چاله‌ها به خاطر بلعیدن اجرام دور خود همواره افزایش می‌یابد و این بلعیدن موجب فعال شدن ظاهر مرکز سیاه‌چاله در طیف الکترومغناطیسی و مخصوصاً انرژی بالا می‌شود به همین دلیل تصور می‌رود این سیاه‌چاله مسئول فعالیت قوی اختروش‌ها باشند.[8] درخشندگی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در اختروش‌ها بین ده تا صدبرابر درخشندگی بقیه اختروش است.[3] همچنین تصور بر این است که هسته کهکشانی فعال (AGN) نیز سیاه‌چاله باشد.[3]

وجود سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم

مدار شش ستاره نزدیک به مرکز کهکشان[9]

ستاره‌شناسان معتقدند که کهکشان راه شیری در مرکز خود یعنی، ۲۶٬۰۰۰ سال نوری از منظومه شمسی، یک سیاه‌چاله کلان‌جرم دارد. این ناحیه کمان ای* نامیده می‌شود[10] دلیل بیان شده این است:

• ستاره اس۲ در یک مسیر بیضی با تناوب مداری ۱۵٫۲ سال حضیض (نزدیک‌ترین فاصله) ۱۷ ساعت نوری (۱٫۸×۱۰^۱۳ m یا 120 AU) از مرکز کهکشان می‌گذرد.[11]
• از محاسبه روی مدار این ستاره جرم مرکز گردش ۴٫۱ میلیون جرم خورشید به دست می‌آید.[12]
• اندازه این جرم مرکزی وضوحاً باید کمتر از ۱۷ ساعت نوری باشد و گرنه ستاره اس۲ با آن برخورد می‌کند یا به خاطر نیروی تیدال تکه‌تکه می‌شد. در واقع در مشاهدات جدید[13] نشان می‌دهد که این شعاع نباید بیشتر ۶٫۲۵ ساعت نوری یعنی به اندازه قطر مدار اورانوس باشد.
• فقط یک سیاه‌چاله می‌تواند در چنین حجمی چنین جرمی را جا دهد.

مؤسسه ماکس پلانک برای فیزیک فراستاره‌ای و گروه مرکز کهکشان دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس[14] قوی‌ترین مدارک برای بیان این که ناحیه کمان ای* یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است ارائه کرده‌اند،[10] اطلاعات آنها بر اساس مشاهدات رصدخانه جنوبی اروپا[15] و تلسکوپ کک است.[16] محاسبات نشان می‌دهد که جرم کمان ای* تقریباً برابر ۴٫۱ میلیون جرم خورشید،[17] یا حدود ۸٫۲‎×۱۰^۳۶ kg است.

منابع

1. Chandra:: Photo Album:: RX J1242-11:: 18 Feb 04
2. Schödel, R. (2002). "A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way". Nature. ۴۱۹ (۶۹۰۸): ۶۹۴–۶۹۶. arXiv:astro-ph/0210426. Bibcode:2002Natur.419..694S. doi:10.1038/nature01121. PMID 12384690.
3. Combes, Françoise (2010). "The origins of black holes". Mystries of Galaxy Formation [رازهای تشکیل کهکشان] (به English). Springer. p. ۶۹–۷۰. ISBN 978-1-4419-0867-4. |access-date= requires |url= (help)
4. Antonucci, R. (1993). "Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars". Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics. ۳۱ (۱): ۴۷۳–۵۲۱. Bibcode:1993ARA&A..31..473A. doi:10.1146/annurev.aa.31.090193.002353.
5. Urry, C.; Padovani, P. (1995). "Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei". Publications of the Astronomical Society of the Pacific. ۱۰۷: ۸۰۳–۸۴۵. arXiv:astro-ph/9506063. Bibcode:1995PASP..107..803U. doi:10.1086/133630.
6. «طبقه‌بندی سیاه چاله». وبگاه آکادمی علوم فضایی ایران. بایگانی‌شده از اصلی در ۴ دسامبر ۲۰۱۱. دریافت‌شده در ۳۰ ژوئیه ۲۰۱۱.
7. Celotti, A.; Miller, J.C.; Sciama, D.W. (1999). "Astrophysical evidence for the existence of black holes". Class. Quant. Grav. ۱۶ (12A): A3–A21. arXiv:astro-ph/9912186. doi:10.1088/0264-9381/16/12A/301.
8. Ridpath, Ian (۲۰۱۰). Oxford Dictionary of Astronomy. Oxford University Press. صص. ۴۸۴. شابک ۹۷۸-۰-۱۹-۹۲۱۴۹۳-۸.
9. "SINFONI in the Galactic Center: Young Stars and Infrared Flares in the Central Light-Month" by Eisenhauer et al, The Astrophysical Journal, 628:246-259, 2005
10. Henderson، Mark (دسامبر ۹, ۲۰۰۸). «Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way». London: Times Online. دریافت‌شده در ۲۰۰۹-۰۵-۱۷.
11. Schödel، R. (۱۷ اکتبر ۲۰۰۲). «A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way». Nature. ۴۱۹ (۶۹۰۸): ۶۹۴–۶۹۶. arXiv:astro-ph/0210426. doi:10.1038/nature01121. PMID 12384690. بیبکد:2002Natur.419..694S.
12. Ghez, A. M. (December 2008). "Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits". Astrophysical Journal. 689 (2): 1044–1062. arXiv:0808.2870. Bibcode:2008ApJ...689.1044G. doi:10.1086/592738.
13. Ghez, A. M.; Salim, S.; Hornstein, S. D.; Tanner, A.; Lu, J. R.; Morris, M.; Becklin, E. E.; Duchêne, G. (20 Feb 2005). "Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole". The Astrophysical Journal. 620 (2): 744–757. arXiv:astro-ph/0306130. Bibcode:2005ApJ...620..744G. doi:10.1086/427175.
14. UCLA Galactic Center Group
15. «ESO - 2002». بایگانی‌شده از اصلی در ۲۵ اکتبر ۲۰۰۵. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۱۲.
16. «W. M. Keck Observatory». بایگانی‌شده از اصلی در ۱ مارس ۲۰۱۲. دریافت‌شده در ۲۹ مه ۲۰۱۲.
17. Milky Way's Central Monster Measured - News from Sky & Telescope - SkyandTelescope.com

• Wikipedia contributors, "Supermassive black hole," Wikipedia, The Free Encyclopedia, http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Supermassive_black_hole&oldid=494314296 (accessed May 29, 2012).