چگونگي تركيب سياهچاله هاي پر جرم با يكديگرجرم کهشکان راه شیری حدود 100 تریلیون برابر جرم خورشید است که برای ما خیلی پرجرم به نظر می رسد ولی در مقابل دیگر کهکشان ها چیزی عادی است. حال فرض کنید که ...
[ نجوم و اخترفيزيك ]
تصوير كهكشان راه شيري بدين گونه است:
يك بشقاب از ستاره، گاز، يك كره ي ستاره اي و مقدار زيادي ماده تاريك.
اين به دور يك سياهچاله اي پر جرم- تقريبا سه ميليون برابر خورشيد- مي چرخد.
جرم كهشكان راه شيري حدود 100 تريليون برابر جرم خورشيد است كه براي ما خيلي پرجرم به نظر مي رسد ولي در مقابل ديگر كهكشان ها چيزي عادي است.
حال فرض كنيد كه كهكشاني با همچين دوقلويي برخورد كند. هر دو كهكشان با يكديگر تركيب مي شوند و يك كهكشان جديد و بسيار بزرگ تري را مي سازند. كيهان شناسان روي اين فكر مي كنند كه كهكشان ها چگونه رشد مي كنند- در طول تركيب شدن اين عمل تركيبي.
درحال حاضر با استفاده از ابررايانه ها براي شبيه سازي برخورد كهكشان ها، دانشمندان دانشگاه استنفورد وديگر دانشگاه ها نوعي جديد از اين اتحاد را ديده اند- يك بشقاب مركزي از گاز كه مي تواند صدها يا چند هزار سال نوري عرض داشته باشد و ميليون ها يا چند هزار برابر جرم خورشيد باشد.
آن ها گزارش اولين شكل شبيه سازي شده جفت ابرسياهچاله (SMBH) را در Science Express كه نسخه الكترونيكي مجله ساينس است منتشر كردند.
"نظريه نسبيت عام آينشتين كه رفتار گرانش را توصيف مي كند 90 سال پيش منتشر شد و دفعات متعددي مورد صحت قرار گرفته است." اين را استليوس كازانتزيدي در انستيتوي كاولي گفت. "هرچند كه يك نتيجه ي بزرگ اين نظريه از اين تاييد و صحت خارج بوده است كه آن وجود امواج گرانشي است. با توجه به اين كه SMBH بزرگ ترين منبع امواج گرانشي در جهان را ايجاد مي كند، اين را در اولويت قرار مي دهد تا شرايط اجباري براي اين تركيب را به وجود بياوريم."
كازانتزيدي و لوسيو ماير از انستيتيوي فن آوري فدرال سوئيس(ETH) در زوريخ و دانشگاه زوريخ، نويسنده ي اصلي، اين طرح را تصور كردند و شبيه سازي هاي عددي را طراحي و هدايت كردند. مونيكا كولپي از دانشگاه ميلانو - بيكوسا و پيرو مادائو از دانشگاه كاليفرنيا - سانتا كروز براي ترجمه و تفسير نتايج كمك كردند. توماس كوئين از دانشگاه واشنگتن و جيمز وادسلي از دانشگاه مك مستر كدهاي لازم براي اين شبيه سازي را نوشت.
يك سيستم SMBH از دو SMBH تشكيل شده است كه به دور مركز جرمشان در حال چرخش اند. تركيب سياهچاله ها ممكن است و يا ممكن نيست كه به مكانيزمي بستگي داشته باشد كه مي توان انرژي جنبشي زاويه اي را از مدارشان استخراج كنيم و فاصله ي آن ها را كاهش دهيم، كازانتزيدي اين را گفت.
"يك جفت SMBH ممكن است با ستاره هاي اطراف خودشان يا با گازها كنش داشته باشد.ولي گاز و ستاره ها هر دو يك نيروي اصطكاكي را بر سياهچاله ها اعمال مي كنند. نيروي اصطحكاك انرژي را از حركت مداري SMBH ها استخراج مي كند.در نتيجه فاصله ي بين آن ها منقبض مي شود." معلوم نيست كه اين از اصطكاك ستاره ها هست و يا گاز كه اين جريان را تحت تاثير قرار مي دهد.
براي مدلي كه كهكشان ها با يكديگر پيوند مي خورند، دانشمندان ابتدا از يك برنامه ي رايانه اي استفاده كردند كه كهكشان هايي را با توجه به رصدها و پيش بيني هايِ تئوري ساختند. براي مثال، تمام كهكشان ها توسط هاله اي وسيع و پرجرم از ماده تاريك پوشيده شده اند.
كهكشان هاي دايره اي داراي يك بشقاب از ستاره ها است. در تمام مدل هاي كهكشان هاي ايجاد شده اين دو مورد بايد به همراه آن ها باشد.
اول كه كهكشان را ساختيم مي بايستي مدار آن ها را به گونه اي تنظيم كنيم كه كهكشان ها را گرفتار كنند و به يك تصادف ختم شوند.
دانشمندان فهميدند وقتي كه كهكشان هاي تركيب شونده داراي مقداري گاز باشد، در بسياري از حالت ها SMBH آن ها به يك مجموعه ي دوتايي تبديل خواهد شد. زماني كه جفت شدند، سياهچاله ها ممكن است اختلاف فاصله ي بين خودشان را كاهش دهند تا اين كه اين فاصله به اندازه ي عرض منظومه ي شمسي شود.
در اين جا ما حدس مي زنيم آن ها مي بايستي شروع به انتشار امواج گرانشي كنند.از زماني كه انتشار امواج شروع مي شود، اين ،انرژي را از سياه چاله ي دوتايي استخراج مي كند و سرانجام كم تر از چند تريليون سال بعد از تشكيل اين منظومه ي دوتايي هر دو سياهچاله با هم تركيب مي شوند."
از مدت ها پيش محققان ساختار SMBH ها را با استفاده از شبيه سازي برخورد كهكشان ها در ابررايانه ها بررسي كرده اند و كازانتزيدي و همكارانش اين روش را در مقياس ها فضايي بسيار بزرگ تر دنبال كردند.
با چندين استثناي كم، آخرين مطالعات در تكامل SMBH ها هيچ رلي از گازها مشاهده نشده است. شواهد نظريه اي و رصدي پيشنهاد مي كنند كه در مركز تركيب باقي مانده مقدار قابل توجهي از گاز باقي مي ماند. شبيه سازي هاي ما بينش هاي جديدي را در مورد جفت ها و تركيب SMBHها را براي ما به ارمغان آورد و بر وجود رول هايي از تركيبات گازي براي تعيين سرنوشت SMBHها تاكيد دارد.
كهكشان هاي معمولي مانند كهكشان راه شيري داراي گازهاي تاثير گذار نيستند و تركيب شدن براي تشكيل اين ساختارها بسيار مهم است. شبيه سازي هاي ما ابتدا ساختارهايي از بشقاب هايي هسته اي در كهكشان هاي تركيبي را گزارش دادند. اين طبيعي است كه فرض كنيم كه اين انبار گاز، سوخت لازم براي تغذيه ي سياهچاله هاي مركزي و قدرت هاي هسته هاي كهكشاني را تامين مي كند.
نتايج براي (LISA (Laser Interferometer Space Antenna خبرهاي خوبي است، يك رصد خانه ي بنا شده در فضا و بنا شده براي مشخص كردن امواج گرانشي با استفاده از ليزر هاي تداخل سنجي در فواصل نجومي. آشكارساز هاي LISA براي آزمايش كردن ابرسياهچاله هاي تركيب شده مانند آن هايي كه كازانتزيدي و همكارانش شبيه سازي كرده بودند بسيار ايده آل هستند. با يك سرمايه گذاري مشترك ناسا و سازمان فضايي اروپا ، پيش بيني مي شود كه LISA تا 2015 شروع به رصد كند.
مشخص كردن امواج گرانشي از ابرسياه چاله ها نه تنها موجب درك درست ما از يكي از مباني مهم فيزيك (نسبيت عام) مي شود بلكه به نوعي يك تاييد براي براي سناريوي كنوني ما در مورد ساختار و تكامل كهكشان هاي خواهد بود." كازانتزيدي گفت. "اين يكي از زيبا ترين تركيب هاي بين فيزيك و اخترفيزيك مي باشد."
شبيه سازي ها بر روي ابررايانه هاي مركز ابررايانه اي پيتزبورگ در دانشگاه زوريخ و ETH زوريخ انجام مي شود. اعداد مورد نياز براي محاسبه،اعدادي نجومي مي باشند.اين به همان دليل است كه ما به ابررايانه هايي متوسل شده ايم كه قابليت انجام مقدراي بسيار زيادي محاسبه را در يك ثانيه باشد. شبيه سازي ابررايانه ها به ما اين اجازه را مي دهد تا به طور كامل مدت زمان كيهاني را فشرده كنيم تا اين مدت زمان هاي بسيار طولاني را به چند هفته ي مجازي تبديل كنيم. اين به ما يك ديدگاه كاملي را از جهانمان مي دهد كه چه چيز به تنهايي با رصد كردن در دسترس است.
ابر رايانه ها چيزي شبيه به آزمايشگاه فيزيك را به وجود آورده اند كه قابل دسترس اخترفيزيكدانان است. "شبيه سازي هاي عددي ما با گرفتن وقت چند ماهه ي ابررايانه هاي موجود در جهان، بزرگترين محاسبات عددي در اين زمينه را به وجود آورده است."كازانتزيدي گفت.
تركيب هاي شبيه سازي شده براي كهكشان هاي هم جرم است و احتمال اين كه همين اتفاق براي كهكشان هاي غير هم جرم اتفاق بيفتد كم تر است ولي غير ممكن نيست. در واقع اين سرنوشت كهكشان خودمان يعني كهكشان راه شيري است.
كهكشان خودمان براي تصادف با كهكشان بزرگ تر همسايه اش ،آنرومدا، تقريبا 3تريليون سال نياز دارد. نتايج اين خرابي، نتايج خرابي بشقاب ها و ساختار كهكشان بيضوي خواهد بود.
حمايت روي اين كار از طرف دپارتمان انرژي ايالات متحده و ناسا و بنياد الكساندر ون هامبولت صورت مي گيرد.
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)