فایل گپ | دریچه ای به دنیای تکنولوژی
چه تعداد سیاه‌چاله ستاره‌ای در دنیا وجود دارد
بر اساس تخمین جدید دانشمندان، تعداد سیاه‌چاله ستاره ای موجود در دنیا شگفت‌انگیز است. بنظر می‌آید محاسبه‌ی این تعداد غیرممکن باشد. از طرفی رصد سیاه‌چاله کار آسانی نیست؛ زیرا سیاه‌چاله‌ها اجرامی تاریک هستند و تنها تحت شرایط خاص می‌توان آن‌ها را رصد کرد؛ به طور مثالً زمانی که نور را دور خود خم می‌کنند یا گازها و ستاره‌های اطراف خود را می‌بلعند یا زمانی که با جرم دیگری برخورد می‌کنند و امواج گرانشی را آزاد می‌کنند.
اما این محدودیت‌ها موجب نشدند دانشمندان از تخمین تعداد سیاه چاله‌ها دست بکشند. گروهی از اخترفیزیک‌دان‌ها با به کار گیری روشی جدید که در تاریخ ۱۲ ژانویه در مجله‌ی Astrophysical منتشر کردند، تخمین جدید را برای تعداد سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای جهان ارائه دادند. جرم این سیاه‌چاله‌ها ۵ تا ۱۰ برابر جرم خورشید است.
آن‌ها به رقم شگفت‌انگیز ۴۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ یا ۴۰ کوینتیلیون سیاه‌چاله‌ی ستاره‌ای در دنیا مرئی رسیدند که یک درصد از جرم ماده‌ی عادی را تشکیل می‌دهند؛ اما چگونه توانستند چنین رقم بزرگی را تخمین بزنند؟ الکسا سیسیلیا، اخترفیزیک‌دان دانشکده‌ی بین‌المللی مطالعات پیشرفته (SISSA) در تریسته‌ی ایتالیا و مؤلف ارشد مقاله، در این‌باره توضیح می‌دهد:
با ردیابی تکامل ستاره‌ها در دنیا توانستیم تخمین بزنیم ستاره‌های انفرادی یا دوتایی در چه مقاطعی به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند. این نخستین و یکی از پایدارترین محاسبات جرم سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای در نظریه‌ی کیهانی است.
برای تشکیل یک سیاه‌چاله ستاره‌ای بزرگ لازم است که جرم آن ۵ تا ۱۰ برابر جرم خورشید باشد. وقتی ستاره‌های بزرگ به اتمام عمر خود می‌رسند، شروع به سوزاندن عناصر سنگین‌تری مانند سیلیکون یا منیزیم در هسته‌ی خود می‌کنند؛ اما وقتی این پروسه گداخت موجب شکل‌گیری آهن شود، ستاره در مسیر نابودی خود قرار می‌گیرد؛ زیرا آهن انرژی فراوانی را برای گداخت می‌گیرد و موجب می‌گردد ستاره توانایی خود برای غلبه بر نیروهای گرانشی حاصل از جرمش را از دست بدهد.
در نتیجه ستاره دچار فروپاشی داخلی می‌شود؛ در شروع هسته‌ی آن متراکم می‌شود و سپس تمام مواد نزدیک به آن وارد تراکم بی‌نهایتی به نام تکینگی می‌شوند. ستاره در این مرحله به یک سیاه‌چاله تبدیل می‌شود و فراتر از مرزی به نام افق رخداد هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند از کشش گرانشی آن فرار کنند.
اخترفیزیک‌دان‌ها برای رسیدن به این تخمین نه‌تنها زندگی ستارگان بلکه قبل از زندگی آن‌ها را هم مدل‌سازی کردند. آن‌ها با به کار گیری آمار مشخص کهکشان‌های گوناگون مانند اندازه، عناصر و اندازه‌ی ابرهای گازی؛ مدلی از جهان را ساختند که به گونه ای دقیق اندازه‌ی گوناگون ستاره‌ها و آمار تولد آن‌ها را در برمی‌گیرد.
پژوهشگران بعد از اندازه‌گیری سرعت تشکیل ستاره‌هایی که درانتها به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند، با به کار گیری داده‌هایی مانند جرم و فلزی بودن ستاره‌ها (زیادی عناصر سنگین‌تر از هیدروژن و هلیوم) به مدل‌سازی زندگی و مرگ ستاره‌ها پرداختند تا بتوانند درصد ستاره‌های کاندیدی را که به سیاه‌چاله تبدیل می‌شوند، شناسایی کنند.
پژوهشگران در ضمن با بررسی ستاره‌ها در سیستم‌های دوتایی و محاسبه‌ی سرعت برخورد و ادغام سیاه‌چاله‌ها مطمئن شدند که در محاسبه‌ی تعداد سیاه‌چاله‌ها اغراق نمی‌کنند. در ضمن نشان دادند که چگونه این ادغام‌ها بر توزیع سیاه‌چاله‌ها در دنیا تأثیر می‌گذارند.
پژوهشگرها با درنظر گرفتن محاسبات یادشده به طراحی مدلی پرداختند که جمعیت و اندازه‌ی توزیع کهکشان‌های ستاره‌ای را در گذر زمان ردیابی می‌کند. آن‌ها سپس با قیاس‌ی تخمین داده‌های برگرفته از امواج گرانشی یا نوسان‌های فضازمانی که بر تاثیر ادغام ستاره‌های دوتایی و سیاه‌چاله‌ها شکل گرفتند، تأیید کردند که مدلشان سازگار با داده‌ها است.
اخترفیزیک‌دان‌ها امیدوار هستند از تخمین جدید برای پاسخ به پرسش‌های گیج‌کننده‌ای که از رصد‌های جهان آغازین به وجود آمدند استفاده کنند. به عنوان نمونه چگونه جهان آغازین بلافاصله بعد از بیگ‌بنگ به سرعت با مجموعه‌ای از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم پر شد که جرم اغلب آن‌ها میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر بیشتری از سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای است.
ازآنجاکه سیاه‌چاله‌های غول آسا از ادغام سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای کوچک‌تر یا هسته‌های سیاه‌چاله‌ای به وجود آمده‌اند، پژوهشگرها امیدوار هستند با رسیدن به درک بهتری از نحوه شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کوچک در دنیا آغازین بتوانند به منشأ خویشاوندان کلان‌جرم آن‌ها پی ببرند. به گفته‌ی لومن بوکو، اخترفیزیک‌دان SISSA:
پژوهش ما نظریه‌ای پایدار را برای نسلی از هسته‌های نوری سیاه‌چاله‌های کلان جرم با ردشیفت بالا مهیا می‌کند که قادر است نقطه‌ی شروعی برای بررسی منشأ هسته‌های سنگین باشد که در مقاله‌ی بعدی به آن خواهیم پرداخت.
