ستارهشناسان دریافتهاند که جتی از پلاسما که از یک سیاهچاله ابرپرجرم دوردست با سرعتی نزدیک به سرعت نور فوران میکند، تحت تأثیر همگرایی گرانشی تودهای نامرئی از ماده تاریک قرار گرفته است. این کشف میتواند درباره منشأ ذرات «شبحگونه» کیهانی موسوم به نوترینوها اطلاعاتی در اختیار ما قرار دهد.
سیاهچاله ابرپرجرم مورد بحث، یک نوع اختروش به نام بلازار (blazar) را تغذیه میکند. همه اختروشها شامل سیاهچالههای ابرپرجرمی هستند که با حجم عظیمی از ماده احاطه شدهاند و از آن تغذیه میکنند.موادی که این غولهای کیهانیِ در حال بلعیدن مصرف نمیکنند، به سمت قطبهای سیاهچالهها هدایت میشوند و از آنجا به شکل جتهای پلاسما با شدت به بیرون پرتاب میشوند. بلازارها با اختروشهای دیگر تفاوت دارند، زیرا جتهایی که از آنها فوران میکنند، در راستای زمین قرار گرفتهاند. بلازارهایی مانند بلازار مورد مطالعه در این پژوهش، یعنی PKS 2233-148، مدتهاست بهعنوان شتابدهندههای ذرات کیهانی که نوترینو تولید میکنند، مطرح بودهاند.
نوترینوها به این دلیل لقب «ذرات شبحگونه» را گرفتهاند که بار الکتریکی ندارند و جرم بسیار اندکی دارند؛ به این معنا که ۱۰۰ تریلیون از آنها میتوانند هر ثانیه از بدن شما عبور کنند، بدون آنکه متوجه چیزی شوید. همین ویژگی باعث میشود هم شناسایی و هم ردیابیشان تا منبع دشوار باشد. این بلازار که تحت تأثیر همگرایی گرانشی قرار گرفته است، میتواند به این جستوجو کمک کند و سرانجام ثابت کند که بلازارها عالم را از ارواح کیهانی (نوترینوها) پر میکنند.
سیلکه بریتزن (Silke Britzen) از مؤسسه ماکس پلانک برای نجوم رادیویی در آلمان، به Phys.org گفت: «این جتهای بزرگمقیاس، شتابدهندههای کیهانی هستند و ممکن است در حال تولید نوترینو باشند. ما آنها را بررسی میکنیم تا هرگونه ویژگی غیرعادی که بتواند به ما در درک بهتر گسیل نوترینوها کمک کند را پیدا کنیم.»
جت بلازار دچار تغییر مسیر کیهانی میشود
ستارهشناسان مدتهاست به PKS 2233-148 علاقهمند بودهاند و این بلازار را یکی از اجرامی میدانند که میتواند ارتباط میان نوترینوها و جتهای سیاهچاله ابرپرجرم در حال تغذیه را تقویت کند. دلیل این موضوع آن است که یکی از جتهای قطبی آن در امتداد خط دید ما از زمین قرار دارد.
بریتزن و همکارانش بار دیگر رصدهای PKS 2233-148 را که به کمک آرایه بسیارطولانیخطپایه (VLBA) در زمین، تلسکوپ فضایی فرمی (Fermi) که بلازار را در پرتوهای گاما مشاهده کرده بود، و ابزار پرتو ایکسِ مستقر بر رصدخانه فضایی سوئیفت (Swift) انجام شده بودند، بررسی کردند.
تصویری بازسازی شده از فضاپیمای سوئیفت که PKS 2233-148 را در اشعه ایکس مشاهده کرد. (اعتبار تصویر: ناسا)
این بررسی نشان داد که حرکت جت PKS 2233-148 در طول زمان تغییر کرده و جزئیاتی را که تاکنون پنهان مانده بودند آشکار کرد؛ از جمله اینکه جت این بلازار بهطور ناگهانی از مسیر مورد انتظار خود منحرف شده بود.
بریتزن گفت: «از کشف پدیدههایی در این جت و همچنین در منحنی نوری پرتو گاما که تاکنون شناسایی نشده بودند ،بسیار خوشحالیم.»
چه چیزی میتوانسته باعث این تغییر مسیر کیهانی شده باشد؟
پاسخ این سوال میتواند پدیدهای که آلبرت اینشتین نخستین بار در سال ۱۹۱۵ پیشبینی کرد باشد؛ تودهای نامرئی از عجیبترین ماده عالم؛ یعنی ماده تاریک.
همگرایی گرانشی چیست و ماده تاریک چگونه میتواند باعث آن شود؟
مفهوم همگرایی گرانشی از نظریه گرانش اینشتین، یعنی نسبیت عام، سرچشمه میگیرد. نسبیت عام بیان میکند که اجرام دارای ماده، بافت خودِ فضا را خم میکنند؛ درست مانند توپ بولینگی که روی یک صفحه لاستیکی کشیده قرار گرفته باشد. گرانش از همین خمیدگی ناشی میشود.
همانطور که یک گلوله توپ در مقایسه با توپ بولینگ فرورفتگی عمیقتری در آن صفحه لاستیکی فرضی ایجاد میکند، جسمی با جرم بیشتر نیز باعث خمیدگی شدیدتری در فضا میشود؛ زیرا اثر گرانشی آن بیشتر است.
هنگامی که نور از این فضای خمیده عبور میکند، اتفاق جالبی رخ میدهد و مسیرِ معمولاً مستقیم آن خم میشود. بنابراین، وقتی نور یک منبع پسزمینه از کنار جسمی پرجرم در پیشزمینه که مانند یک عدسی گرانشی عمل میکند عبور میکند، در زمانهای متفاوتی به تلسکوپهای ما میرسد. در نتیجه، منبع پسزمینه بزرگنمایی میشود یا در موارد شدید، ممکن است در یک تصویر در چند مکان مختلف ظاهر شود.
در این مورد نیز، جت PKS 2233-148 تحت تأثیر همگرایی گرانشی قرار گرفته است. اما هیچ جرم پرجرمی، مانند یک کهکشان یا خوشه کهکشانی، در موقعیت مناسبی که بتواند این همگرایی را ایجاد کند، مشاهده نمیشود. این موضوع این احتمال را مطرح میکند که عامل همگرایی جرمی باشد که اصلاً قابل مشاهده نیست. ماده تاریک با این توضیح سازگار است.
این تصویرسازی، اصول پایه همگرایی گرانشی را نشان میدهد. (اعتبار تصویر: NASA, ESA & L. Calçada)
ماده تاریک عملاً نامرئی است، زیرا مستقیماً با تابش الکترومغناطیسی یا نور برهمکنش نمیکند. به بیان دیگر، ماده تاریک نور گسیل نمیکند و نور نیز از آن بازتاب نمیشود. بنابراین، حتی اگر تودهای از ماده تاریک آنقدر بزرگ باشد که بتواند نقش یک عدسی گرانشی را ایفا کند، نیز قابل شناسایی نخواهد بود. اما این بدان معنا نیست که نور نمیتواند به خمیدگی فضا ناشی از ماده تاریک واکنش نشان دهد؛ درست همانطور که به خمیدگی ایجادشده توسط هر جرم متشکل از ماده «معمولی»، مانند یک ستاره یا کهکشان، واکنش نشان میدهد.
مانند هر سامانه همگرایی گرانشی، همگرایی جت PKS 2233-148 در اثر این توده ماده تاریک نیز به همراستایی دقیقی نیاز دارد و این بدان معناست که چنین پدیدهای تنها بهطور موقت رخ میدهد.
بریتزن گفت: «از آنجا که این پدیدهها کوتاهمدت هستند، یافتن آنها دشوار است. این نخستین بار است که یک پدیده همگرایی را پیدا میکنیم که میتواند سرنخی از ساختار زیرین ماده تاریک به دست دهد.»
اکنون بریتزن و همکارانش امیدوارند رویدادهای همگرایی مشابه دیگری پیدا کنند تا ارتباط میان بلازارها و کارخانههای تولید نوترینو را بیش از پیش تقویت کنند.
پژوهش این گروه ۳۱ ژوئیه در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد.
مترجم: عاطفه خدابنده
ویراستار: فائزه فتحی
منبع: space.com