کاوشی در دل کهکشان

مرکز کهکشان ما نقطه‌ای است که کل راه شیری به دور آن می‌گردد در این نقطه چه خبر است؟ یکی از راه‌های پاسخ دادن به این سؤال، بررسی حرکت ستاره‌های نزدیک به این نقطه است. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که به احتمال زیاد، جرمی در حدود 5ر2 میلیون برابر جرم خورشید، به شکل ماده‌ی تاریک، در ناحیه‌ی کوچکی حول این نقطه متمرکز شده است.
یک خوشه‌ی ستاره را در نظر بگیرید. اگر این خوشه مقید باشد ( یعنی ستاره‌های آن از مجموعه خارج نشوند)، و اگر مجموعه در حالت تعادل (یعنی مانا) باشد، با سنجش سرعت گردش ستاره‌ها به دور مرکز خوشه می‌توان جرم خوشه را تعیین کرد. این کار درست مثل تعیین جرم خورشید از روی سرعت مداری زمین است. سرعت ستاره‌ها دو مؤلفه دارد، یکی مؤلفه‌ی شعاعی و یکی مؤلفه‌ی عرضی (موازی صفحه‌ی آسمان). اما تا همین اواخر، اطلاعات ما درباره‌ی سرعت ستاره‌های نزدیک به مرکز کهکشان محدود به مرلفه‌های شعاعی بوده است. این مؤلفه را می‌توان با استفاده از جابه‌جایی دو پلری طیف ستاره تعیین کرد. تعیین مؤلفه‌ی عرضی سرعت ستاره‌های مرکز کهکشان کار دشواری است. این کار باید با استفاده از تغییر مکان این ستاره در زمینه‌ی اجرام دور دست انجام شود. این تغییر مکان را حرکت خاصه می‌نامند. گستره‌ی تغییر مکان ستاره‌های مرکز کهکشان کوچک است و ناحیه حول مرکز کهکشان پر از ستاره است، به طوری که تعیین حرکت خاصه‌ی ستارگان در این ناحیه دشوار است، ضمناً مرکز کهکشان 25000 سال نوری از ما فاصله دارد. به این ترتیب، تعیین حرکت خاصه‌ی ستارگان این ناحیه کاملاً خارج از محدوده‌ی دسترسی روش‌های معمول است. در عین حال، سرعت خاصه‌ی ستارگان این ناحیه نسبتاً زیاد است: در حدود چند صد کیلومتر بر ثانیه برای ستارگانی که فاصله‌شان تا مرکز کهکشان کمتر از یک سال نوری است. با توجه به این مشکلات، کاری که تا به حال انجام می‌شود این بود که فرض می‌شد خوشه‌ی مرکزی کهکشان همسانگرد است، بنابراین متوسط اندازه‌ی همه‌ی مرلفه‌های سرعت ستارگان یکسان است. از این فرض، همراه با نتایج سنجش سرعت شعاعی، نتیجه می‌شود که در مرکز کهکشان جسمی فشرده و تاریک به جرم چند میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد. اما اگر فرض همسانگردی را کنار بگذاریم، می‌توانیم فرض‌های دیگری کنیم که مقدار جرم تاریک مرکز کهکشان را به شدت کاهش دهد یا اصولاً نیاز به آن را از بین ببرد، هر چند این فرض‌ها بسیار افراطی‌اند، از جمله اینکه مدار ستارگان مرکز کهکشان باید فوق العاده کشیده باشند.
سنجش‌های سال گذشته در مورد مؤلفه‌های عرضی سرعت ستارگان فرض همسانگردی خوشه را تأیید می‌کند، و این نشان می‌دهد که در مرکز کهکشان واقعاً جرم تاریک عظمی وجود دارد. این جرم نباید به شکل ستاره‌های معمولی باشد، زیرا در این صورت به سادگی می‌شد تابش این ستاره‌ها را در ناحیه‌ی فروسرخ نزدیک آشکار کرد. نکته‌ی دیگر این است که این جرم تاریک در فاصله‌ی کمتر از یک دهم سال نوری از یک جسم جالب دیگر قرار دارد: چشمه‌ی رادیویی فعال قوس A این چشمه با انتظارات پژوهشگران از یک قرص برافزایشی که روی یک سیاه چاله فرو می‌ریزد مطابقت دارد. پس شاید جرم تاریک مورد نظر همان قوس A باشد. در این صورت این جرم احتمالاً، با اختلاف بسیار زیادی، پرجرم‌ترین سیاه چاله‌ی کهکشان ماست؛ هر چند در مقایسه با اجرام فشرده‌ی مرکز بعضی از کهکشان‌های دیگر (با جرم 107 تا 109 برابر جرم خورشید) هنوز هم سبک است.
مقدار دقیق جرم این جسم فشرده هنوز نامعلوم است. اگر این جرم خیلی کوچکتر از چند میلیون برابر جرم خورشید باشد، امکاناتی به جز ابر سیاه چاله هم مطرح می‌شود. ممکن است این جرم مجموعه‌ای از سیاه چاله‌های معمولی (به جرم یک یا چند ستاره) باشد. در مرکز کهکشان تعداد زیادی ستاره‌ی درخشان و پر جرم وجود دارد. عمر چنین ستاره‌هایی بسیار کوتاه است. این ستاره‌ها در پایان عمر خود به شکل ابر نواختر منفجر می‌شوند و باقیمانده‌ای تاریک با جرم بین یک تا بیست برابر جرم خورشید به جای می‌گذارند، که ممکن است به شکل ستاره‌ی نوترونی با سیاه چاله باشد. پس شاید این جرم فشرده مجموعه‌ای از چنین بازمانده‌هایی باشد. مشاهدات دیگری به روشن شدن وضعیت کمک خواهد کرد. خوشه‌ی Sgr A (IR) مجموعه‌ای از چشمه‌های رادیویی (قاعدتاً به شکل ستاره) است که در فاصله‌ی نزدیکی از قوس A قرار دارند. اگر سرعت حرکت خاصه‌ی این اجسام به همان بزرگیی باشد که الان به نظر می‌رسد، احتمالاً چاره‌ای وجود ندارد جز اینکه بپذیریم خود قوس A همه‌ی جرم تاریک مورد نظر را در بردارد.