نیک صالحی

Just another WordPress.com weblog

چگونگی ترکیب سیاه چاله های پرجرم با یکدیگر

تصویر كهكشان راه شیری بدین گونه است:

یك بشقاب از ستاره، گاز، یك كره ی ستاره ای و مقدار زیادی ماده تاریك.
این به دور یك سیاهچاله ای پر جرم- تقریبا سه میلیون برابر خورشید- می چرخد.

جرم كهشكان راه شیری حدود 100 تریلیون برابر جرم خورشید است كه برای ما خیلی پرجرم به نظر می رسد ولی در مقابل دیگر كهكشان ها چیزی عادی است.

حال فرض كنید كه كهكشانی با همچین دوقلویی برخورد كند. هر دو كهكشان با یكدیگر تركیب می شوند و یك كهكشان جدید و بسیار بزرگ تری را می سازند. كیهان شناسان روی این فكر می كنند كه كهكشان ها چگونه رشد می كنند- در طول تركیب شدن این عمل تركیبی.

درحال حاضر با استفاده از ابررایانه ها برای شبیه سازی برخورد كهكشان ها، دانشمندان دانشگاه استنفورد ودیگر دانشگاه ها نوعی جدید از این اتحاد را دیده اند- یك بشقاب مركزی از گاز كه می تواند صدها یا چند هزار سال نوری عرض داشته باشد و میلیون ها یا چند هزار برابر جرم خورشید باشد.

 

آن ها گزارش اولین شكل شبیه سازی شده جفت ابرسیاهچاله (SMBH) را در Science Express كه نسخه الكترونیكی مجله ساینس است منتشر كردند.
«نظریه نسبیت عام آینشتین كه رفتار گرانش را توصیف می كند 90 سال پیش منتشر شد و دفعات متعددی مورد صحت قرار گرفته است.» این را استلیوس كازانتزیدی در انستیتوی كاولی گفت. «هرچند كه یك نتیجه ی بزرگ این نظریه از این تایید و صحت خارج بوده است كه آن وجود امواج گرانشی است. با توجه به این كه
SMBH بزرگ ترین منبع امواج گرانشی در جهان را ایجاد می كند، این را در اولویت قرار می دهد تا شرایط اجباری برای این تركیب را به وجود بیاوریم.»

كازانتزیدی و لوسیو مایر از انستیتیوی فن آوری فدرال سوئیس(ETH) در زوریخ و دانشگاه زوریخ، نویسنده ی اصلی، این طرح را تصور كردند و شبیه سازی های عددی را طراحی و هدایت كردند. مونیكا كولپی از دانشگاه میلانو – بیكوسا و پیرو مادائو از دانشگاه كالیفرنیا – سانتا كروز برای ترجمه و تفسیر نتایج كمك كردند. توماس كوئین از دانشگاه واشنگتن و جیمز وادسلی از دانشگاه مك مستر كدهای لازم برای این شبیه سازی را نوشت.
یك سیستم
SMBH از دو SMBH تشكیل شده است كه به دور مركز جرمشان در حال چرخش اند. تركیب سیاهچاله ها ممكن است و یا ممكن نیست كه به مكانیزمی بستگی داشته باشد كه می توان انرژی جنبشی زاویه ای را از مدارشان استخراج كنیم و فاصله ی آن ها را كاهش دهیم، كازانتزیدی این را گفت.

«یك جفت SMBH ممكن است با ستاره های اطراف خودشان یا با گازها كنش داشته باشد.ولی گاز و ستاره ها هر دو یك نیروی اصطكاكی را بر سیاهچاله ها اعمال می كنند. نیروی اصطحكاك انرژی را از حركت مداری SMBH ها استخراج می كند.در نتیجه فاصله ی بین آن ها منقبض می شود.» معلوم نیست كه این از اصطكاك ستاره ها هست و یا گاز كه این جریان را تحت تاثیر قرار می دهد.

 

 برای مدلی که کهکشان ها با یگدیگر پیوند می خورند، دانشمندان ابتدا از یك برنامه ی رایانه ای استفاده كردند كه كهكشان هایی را با توجه به رصدها و پیش بینی هایِ تئوری ساختند. برای مثال، تمام كهكشان ها توسط هاله ای وسیع و پرجرم از ماده تاریك پوشیده شده اند.

 

كهكشان های دایره ای دارای یك بشقاب از ستاره ها است. در تمام مدل های كهكشان های ایجاد شده این دو مورد باید به همراه آن ها باشد.
اول كه كهكشان را ساختیم می بایستی مدار آن ها را به گونه ای تنظیم كنیم كه كهكشان ها را گرفتار كنند و به یك تصادف ختم شوند.

دانشمندان فهمیدند وقتی كه كهكشان های تركیب شونده دارای مقداری گاز باشد، در بسیاری از حالت ها SMBH آن ها به یك مجموعه ی دوتایی تبدیل خواهد شد. زمانی كه جفت شدند، سیاهچاله ها ممكن است اختلاف فاصله ی بین خودشان را كاهش دهند تا این كه این فاصله به اندازه ی عرض منظومه ی شمسی شود.

در این جا ما حدس می زنیم آن ها می بایستی شروع به انتشار امواج گرانشی كنند.از زمانی كه انتشار امواج شروع می شود، این ،انرژی را از سیاه چاله ی دوتایی استخراج می كند و سرانجام كم تر از چند تریلیون سال بعد از تشكیل این منظومه ی دوتایی هر دو سیاهچاله با هم تركیب می شوند.»

از مدت ها پیش محققان ساختار SMBH ها را با استفاده از شبیه سازی برخورد كهكشان ها در ابررایانه ها بررسی كرده اند و كازانتزیدی و همكارانش این روش را در مقیاس ها فضایی بسیار بزرگ تر دنبال كردند.

با چندین استثنای كم، آخرین مطالعات در تكامل SMBH ها هیچ رلی از گازها مشاهده نشده است. شواهد نظریه ای و رصدی پیشنهاد می كنند كه در مركز تركیب باقی مانده مقدار قابل توجهی از گاز باقی می ماند. شبیه سازی های ما بینش های جدیدی را در مورد جفت ها و تركیب SMBHها را برای ما به ارمغان آورد و بر وجود رول هایی از تركیبات گازی برای تعیین سرنوشت SMBHها تاكید دارد.

كهكشان های معمولی مانند كهكشان راه شیری دارای گازهای تاثیر گذار نیستند و تركیب شدن برای تشكیل این ساختارها بسیار مهم است. شبیه سازی های ما ابتدا ساختارهایی از بشقاب هایی هسته ای در كهكشان های تركیبی را گزارش دادند. این طبیعی است كه فرض كنیم كه این انبار گاز، سوخت لازم برای تغذیه ی سیاهچاله های مركزی و قدرت های هسته های كهكشانی را تامین می كند.

نتایج برای (LISA (Laser Interferometer Space Antenna خبرهای خوبی است، یك رصد خانه ی بنا شده در فضا و بنا شده برای مشخص كردن امواج گرانشی با استفاده از لیزر های تداخل سنجی در فواصل نجومی. آشكارساز های LISA برای آزمایش كردن ابرسیاهچاله های تركیب شده مانند آن هایی كه كازانتزیدی و همكارانش شبیه سازی كرده بودند بسیار ایده آل هستند. با یك سرمایه گذاری مشترك ناسا و سازمان فضایی اروپا ، پیش بینی می شود كه LISA تا 2015 شروع به رصد كند.

مشخص كردن امواج گرانشی از ابرسیاه چاله ها نه تنها موجب درك درست ما از یكی از مبانی مهم فیزیك (نسبیت عام) می شود بلكه به نوعی یك تایید برای برای سناریوی كنونی ما در مورد ساختار و تكامل كهكشان های خواهد بود.» كازانتزیدی گفت. «این یكی از زیبا ترین تركیب های بین فیزیك و اخترفیزیك می باشد.»

شبیه سازی ها بر روی ابررایانه های مركز ابررایانه ای پیتزبورگ در دانشگاه زوریخ و ETH زوریخ انجام می شود. اعداد مورد نیاز برای محاسبه،اعدادی نجومی می باشند.این به همان دلیل است كه ما به ابررایانه هایی متوسل شده ایم كه قابلیت انجام مقدرای بسیار زیادی محاسبه را در یك ثانیه باشد. شبیه سازی ابررایانه ها به ما این اجازه را می دهد تا به طور كامل مدت زمان كیهانی را فشرده كنیم تا این مدت زمان های بسیار طولانی را به چند هفته ی مجازی تبدیل كنیم. این به ما یك دیدگاه كاملی را از جهانمان می دهد كه چه چیز به تنهایی با رصد كردن در دسترس است.

ابر رایانه ها چیزی شبیه به آزمایشگاه فیزیك را به وجود آورده اند كه قابل دسترس اخترفیزیكدانان است. «شبیه سازی های عددی ما با گرفتن وقت چند ماهه ی ابررایانه های موجود در جهان، بزرگترین محاسبات عددی در این زمینه را به وجود آورده است.»كازانتزیدی گفت.

تركیب های شبیه سازی شده برای كهكشان های هم جرم است و احتمال این كه همین اتفاق برای كهكشان های غیر هم جرم اتفاق بیفتد كم تر است ولی غیر ممكن نیست. در واقع این سرنوشت كهكشان خودمان یعنی كهكشان راه شیری است.
كهكشان خودمان برای تصادف با كهكشان بزرگ تر همسایه اش ،آنرومدا، تقریبا 3تریلیون سال نیاز دارد. نتایج این خرابی، نتایج خرابی بشقاب ها و ساختار كهكشان بیضوی خواهد بود.

حمایت روی این كار از طرف دپارتمان انرژی ایالات متحده و ناسا و بنیاد الكساندر ون هامبولت صورت می گیرد.

Advertisements

No comments yet»

پاسخی بگذارید

در پایین مشخصات خود را پر کنید یا برای ورود روی شمایل‌ها کلیک نمایید:

نشان‌وارهٔ وردپرس.کام

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری WordPress.com خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

تصویر توییتر

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Twitter خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس فیسبوک

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Facebook خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

عکس گوگل+

شما در حال بیان دیدگاه با حساب کاربری Google+ خود هستید. بیرون رفتن / تغییر دادن )

درحال اتصال به %s

%d وب‌نوشت‌نویس این را دوست دارند: