اخترفیزیکدان جوان ایرانی و یافته‌های بی‌سابقه درباره مارپیچ مرگ در قلب کهکشان‌ها

گروهی بین‌المللی از اخترشناسان به سرپرستی دکتر کامبیز فتحی، اخترفیزیکدان جوان ایرانی برای نخستین بار در تاریخ اخترشناسی موفق به اندازه‌گیری سرعت سقوط مواد سرازیر به درون ابر سیاه‌چاله مرکزی یک کهکشان شدند.


به گزارش خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این کشف که مورد توجه گسترده محافل علمی و خبری جهان قرار گرفته، نشان می‌دهد سرعت سقوط مواد در مارپیچ‌های مرگ به سوی ابرسیاه چاله مرکزی کهکشان‌ها بسیار سریع‌تر از میزانی است که فرضیه‌های کنونی پیش بینی می‌کردند، به طوری که تنها در مدت ۲۰۰ هزار سال، مواد از دورترین کرانه‌های کهکشان که از دید تلسکوپ‌ها خارج است، به درون سیاه چاله مرکزی سقوط می‌کنند.


اندازه‌گیری سرعت سقوط مواد به درون ابر سیاه چاله می‌تواند اطلاعات بسیار با ارزشی را در پیش بینی روند تکامل ابرسیاه‌چاله‌ها در اختیار دانشمندان قرار دهد.


دکتر کامبیز فتحی که سرپرستی گروهی بین‌المللی از اخترشناسان آمریکا، ایتالیا، شیلی و برزیل را در این تحقیقات بر عهده داشته است در سال ۱۳۵۳ در شهر «سقز» در استان کردستان به دنیا آمده و تحصیلات مقدماتی خود را تا سال دوم راهنمایی در ایران طی کرده است.


وی پس از مهاجرت به سوئد، مدارج کارشناسی و کارشناسی ارشد را در رشته ریاضی در دانشگاه «اپسالا» سوئد اخذ کرده و دوره کارشناسی ارشد اختر فیزیک نظری را در دانشگاه «کمبریج» انگلستان پشت سر گذاشته است .


وی همچنین پس از طی دوره‌های شش ماهه را در زمینه ستاره شناسی رصدی در دانشگاه UCM در مادرید اسپانیا، از سال ۲۰۰۰ تحصیلات دکتریش را در رشته اخترفیزیک در مؤسسه اخترشناسی Kapteyn هلند – با کار در مراکز تحقیقاتی آمریکا، هلند و فرانسه – آغاز کرد.


زمینه تحقیقات رساله وی، بررسی شکل کهکشان‌های مارپیچی و دینامیک فیزیکی آنها و مطالعه نحوه ایجاد و روند تکامل آنها بوده است.


دکتر فتحی در سال ۲۰۰۴ از طرف ناسا به عضویت گروهی بین‌المللی از اخترشناسان در آمده که در زمینه بررسی ویژگی‌های ابر سیاه‌چاله‌های مرکزی کهکشان‌ها تحقیق می‌کنند.


این اخترفیزیکدان جوان ایرانی در حال حاضر فعالیتهای پژوهشی‌اش را در دانشگاه «استکهلم» سوئد و دانشگاه «قناری» (مؤسسه تحقیقات اختر فیزیک‌ در جزایر قناری اسپانیا) ادامه می‌دهد که زمینه اصلی این تحقیقات کهکشان‌های مارپیچی و نحوه سرازیر شدن مواد به درون ابرسیاه‌چاله‌مرکزی آنهاست.


دکتر کامبیز فتحی در گفت‌وگویی با خبرنگار «پژوهشی» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، درباره روند تحقیقاتش در زمینه کهکشان‌های مارپیچی اظهار کرد: تحقیقات من در این زمینه در دوره دکتری در رصدخانه بین‌المللی جنوب اروپا در جزایر قناری اسپانیا و با استفاده از تکنیک پیشرفته اسپکتروسکوپی دو بعدی آغاز شد که طی آن توانستیم به اطلاعات جالبی درباره نحوه تشکیل کهکشان‌های مارپیچی دست پیدا کنیم. کهکشهان‌های مارپیچی به حدی بزرگند که دینامیک فیزیکی و شکلشان تحت تاثیر جاذبه خودشان تغییر می‌کند.


وی خاطر نشان کرد: در تحقیقات انجام شده توانستیم این خصوصیات کهکشان‌های مارپیچ‌ را که ستارگان و گازهای آنها تحت جاذبه خود کهکشان که به حالت مارپیچ آنها منجر شده است از شعاع‌های بسیار دور به سمت مرکز کهکشان کشیده می‌شوند اثبات کنیم.


فتحی با اشاره به ارتباط این ویژگی‌ با فرضیه اکتیو (فعال) شدن کهکشان‌ها خاطر نشان کرد: در مرکز کهکشان‌های مارپیچ ــ و سایر کهکشانهای بزرگ که البته مدل سرازیر شدن مواد به طرف مرکز آنها متفاوت است ــ هسته‌ای وجود دارد که انرژی و نور زیادی در آن ایجاد می‌شود. یکی از فرضیه‌های مطرح در توجیه این پدیده، وجود یک ابرسیاه‌چاله در مرکز این کهکشان‌هاست که حجم زیادی گاز از کهکشان به درون این ابرسیاه‌چاله مرکزی سقوط کرده و در اثر شتاب بسیار زیاد گازهای ورودی، انرژی فوق العاده زیادی تولید می‌شود که منشاء انتشار پرتوهای شدید در اطراف ابرسیاه‌چاله مرکزی است .


وی در ادامه به تحقیقات اخیرش با همکاری گروهی بین‌المللی از اختر شناسان که از اکتبر ۲۰۰۴ از سوی ناسا به آنها ملحق شده است، اشاره کرد و به ایسنا گفت: هدف اصلی این تحقیقات اندازه‌گیری وزن ابرسیاه‌چاله مرکزی در قلب کهکشان‌هاست، که با بررسی کهکشان فعال NGC 1097 ــ در فاصله ۴۷ میلیون سال نوری زمین ــ انجام می‌شود با محاسبه مقدار و سرعت گازی که به درون ابرسیاه‌چاله‌ مرکزی کهکشان سرازیر می‌شود، میزان انرژی خروجی از مرکز ابر سیاه چاله مشخص می‌شود که مقایسه آن با تصاویر و اطلاعات مربوط به کهکشان این فرضیه را که اکتیو بودن کهکشان‌های بزرگ به دلیل وجود چنین ابرسیاه چاله‌هایی در مرکز آنهاست، اثبات می‌کند.


وی با تاکید بر این که این ابر سیاه چاله‌ها هم همانند سایر سیاه‌چاله‌ها رویت پذیر نبوده و تنها با بررسی تاثیرات پیرامونیشان قابل مطالعه هستند، خاطر نشان کرد: هدف نهایی تحقیقات ما اثبات وجود ابرسیاه چاله‌ها در مرکز کهکشان‌های بزرگ و نقش آنها در تکامل کهکشان با توجه به جرم فوق العاده آنهاست که یک میلیون تا یک میلیارد برابر بزرگتر از خورشیدند.


دکتر فتحی که سرپرستی بررسی‌های مربوط به کهکشان NGC1097 توسط این گروه بین‌المللی شامل دو دانشمند دیگر از آمریکا، چهار دانشمند ایتالیایی و برزیلی و اخترشناسی از شیلی را بر عهده داشته است به ایسنا گفت: در این تحقیقات توانستیم خصوصیات فیزیکی مارپیچ‌هایی که گاز را به سیاه چاله مرکزی کهکشان هدایت می‌کند، بررسی و برای اولین بار سرعت سقوط این گازها را اندازه‌گیری کنیم و فهمیدیم که سرعت این گاز خیلی بیشتر از میزانی است که در فرضیه‌ها مطرح شده بود؛ به طوری که تنها در مدت ۲۰۰ هزار سال این گازها از دورترین جای کهکشان که تلسکوپ ما قادر به دیدن آن نبود به درون این ابرسیاه چاله سقوط می‌کنند که یکی از جنبه‌های بسیار شگفت انگیز این کشف است.


وی خاطر نشان کرد: سرعت سقوط مواد به درون ابر سیاه‌چاله مرکزی که احتمال وجود آن پیش از این هم مطرح بوده است، همواره یکی از مجهولات بزرگ در این زمینه بوده که اکنون با پی بردن به آن می‌توان با محاسبه میزان گازهایی که درون ابرسیاه چاله سقوط می‌کنند، وزن ابر سیاه چاله مرکزی را – مثلا در ۱۰۰ میلیون سال آینده – و تاثیرات ناشی از وجود چنین ابر سیاه چاله عظیم مرکزی در روند تکامل کهکشان را پیش‌بینی کرد.


دکتر فتحی در عین حال با بیان این که برای اثبات فرضیه سرازیر شدن مواد از شعاع‌های خیلی دور به درون ابرسیاه چاله‌ای در مرکز تمام کهکشان‌ها، تحقیقات این پروژه همچنان ادامه دارد، به خبرگزاری دانشجویان ایران گفت: با توجه به این که مواد به صورت توده‌های گاز به طرف ابر سیاه‌چاله مرکزی سرازیر می‌شوند و در نتیجه این احتمال همواره وجود دارد که ابرهای گازی مسیر حرکت یکدیگر از مسدود کنند، از لحاظ فیزیک نظری نحوه سرازیر شدن این گازها به طرف مرکز کهکشان قاعدتا باید به صورتی باشد که این ابرها راه یکدیگر را مسدود نکنند و حتی بتوانند به یکدیگر کمک کنند که تنها راه این است که به حالت مارپیچی به طرف مرکز جاذبه کهکشهان بچرخند و به تدریج به سیاه چاله نزدیک شده و به داخل آن سقوط کنند.


وی با بیان این که چنین فرم مارپیچی منحصر به کهکشان‌های مارپیچ نیست، تصریح کرد: در حال حاضر مشغول بررسی کهکشان دیگری موسوم به کهکشان R102B هستیم که ساختاری کاملا دایره‌یی ( بی شکل) داشته و در تصاویر تهیه شده از آن هم هیچ اثری از گردهمایی مواد از بیرون به مرکز کهکشان دیده نمی‌شود ولی بررسی‌های ما برای اولین بار وجود دو ساختار مارپیچی را در بخش مرکزی آن کهکشان نشان داد.


به گفته دکتر فتحی که سرپرستی این بخش از تحقیقات را نیز بر عهده داشته کشف بی سابقه چنین ساختار مارپیچ در کهکشانی کاملا گرد و دایره‌یی که هیچ شواهدی از شکل مارپیچی و مقدار زیاد گازهای در حال سقوط در آن وجود ندارد، بسیار شگفت‌انگیز است. در واقع در این کهکشان کاملا دایره‌یی صرفا به دلیل مرکز اکتیوی که وجود دارد و برای رساندن اندک گازهای موجود به مرکز کهکشان، ساختاری مارپیچی شکل گرفته است.


این اختر فیزیکدان جوان ایرانی در گفت‌و‌گو با ایسنا خاطرنشان کرد: علاوه بر این تحقیقات از حدود یک سال پیش پژوهشی را در بررسی تشکیل ستاره‌های جدید در مرکز کهکشان‌ها در اثر افزایش میزان گازها در این بخش از کهکشان به دلیل سرازیر شدن آنها به سوی ابر سیاه‌چاله مرکزی آغاز کرده‌ام. پدیده تشکیل این ستاره در شعاع کوچکی از مرکز کهکشان که البته در نهایت با سقوط به درون ابر سیاه‌چاله مرکزی نابود می‌شوند، در تصاویر ثبت شده از کهکشان‌ها هم مشهود است که امیدوارم بتوانم در فرصتی مناسب این تحقیقات را نیز به طور جدی دنبال کنم.


دکتر فتحی در ادامه در پاسخ به خبرنگار ایسنا که وجود چنین پدیده‌ای در مرکز کهکشان راه شیری را جویا شده بود، اظهار داشت: این پدیده در کهکشان راه شیری هم وجود دارد ولی به دلیل گرد و غبار زیادی که در کهکشان‌ها وجود دارد و به‌خصوص با توجه به محدودیت دید ما نسبت به کهکشان خودمان، امکان مشاهده مستقیم گازهای سرازیر شده – آن‌طور که در تصاویر سایر کهکشان‌ها می‌بینیم – وجود ندارد.


وی در عین حال خاطرنشان کرد: ستاره‌هایی در کهکشان راه شیری شناسایی شده‌اند که دور ابرسیاه‌چاله مرکز کهکشان می‌گردند و به احتمال قوی در آینده دور یا نزدیک به درون ابرسیاه‌چاله مرکزی سقوط می‌کنند؛ البته فرق اساسی که بین کهکشان ما و کهکشان بسیار فعالی نظیر NGC 1097 وجود دارد این است که در کهکشان راه شیری گازها و مواد با سرعتی بسیار کمتر به درون ابر سیاه‌چاله مرکزی سقوط می‌کنند.


اختر فیزیکدان ایرانی دانشگاه «استکهلم» سوئد در پاسخ به این سوال که با توجه به عقیده وی مبنی بر فعال نبودن کهکشان راه شیری، آیا زمان اکتیو بودن این کهکشان مشخص است یا نه؟ اظهار داشت: پاسخ این سوال که آیا کهکشان راه شیری در گذشته اکتیو بوده یا در آینده‌ای دور یا نزدیک اکتیو خواهد شد، مشخص نیست؛ چون دوره اکتیویته کهکشان کوتاه مدت – در حد چند صد میلیون سال – است ولی شکل‌های مارپیچی می‌تواند در طول ده‌ها میلیارد سال در کهکشان‌ها وجود داشته باشند که البته در این‌جا تناقض و مساله‌ای نیز مطرح می‌شود که اگر ساختاری مارپیچی، گاز و ستاره‌ها را به مرکز کهکشان و داخل ابر سیاه‌چاله مرکزی سوق می‌دهد چرا کهکشان‌ها نمی‌توانند همیشه اکتیو باقی بمانند؟


دکتر فتحی در ادامه با پاسخ به این سوال که چه شواهدی بر اکتیو بودن کهکشان‌ها – نظیر کهکشان NGC1097 – وجود دارد اظهار داشت: با این‌که از روی شکل ظاهری کهکشان‌ها نمی‌توان به اکتیو بودن آنها پی برد ولی اسپکتروم ناحیه مرکزی کهکشان در صورتی که نشان از تشکیل دیسکی در مرکز کهکشان‌های فعال در اثر آزاد شدن پرتوهای هیدروژن آلفا باشد، اکتیو بودن کهکشان را نشان می‌دهد.


وی خاطرنشان کرد: نکته جالبی که درباره کهکشان NGC1097 وجود دارد این است که با اطمینان می‌دانیم این کهکشان از سال ۱۹۹۳ اکتیو شده است. از نظر آماری بسیار به ندرت اتفاق می‌افتد که بتوانیم فعال شدن یک کهکشان را ببینیم. با این که متاسفانه عکس‌ها و تصاویر قبل از سال ۱۹۹۳ چندان قوی نبوده و امکان مقایسه دقیق آنها با تصاویر کنونی وجود ندارد.


این اخترشناس جوان ایرانی که در کنار فعالیت‌های علمی و علی‌رغم سال‌ها دوری از وطن شیفته فرهنگ و موسیقی سنتی ایرانی است و در سطح استادانه‌ای دف و ضرب می‌نوازد در پایان این گفت‌وگو در تبیین علت گرایشش به نجوم و اختر فیزیک اظهار داشت: با افتخار می‌توانم بگویم یکی از عوامل مهمی که مرا به ستاره‌شناسی ترغیب کرد موقعیت استثنایی بود که به دلیل سبک معماری خاص ایران برای مشاهده ستارگان در کودکی داشتم.


علاقه به نجوم و رویای ستاره شناسی از دوران کودکی و شب‌هایی که در شهر زادگاهم پشت بام می‌خوابیدم در در من ایجاد شد و همین علاقه هدایت کننده اصلی من در مسیر زندگی و عامل اصلی گرایش من به نجوم بود.