غول سیاهچاله از دل بیگ بنگ: کشف هیولایی که معادلات فیزیک را به چالش میکشد!
اخترشناسان موفق به کشف قدیمیترین سیاهچاله تایید شده در جهان هستی شدهاند، این کشف دریچهای به دورانی از تاریخ کیهانی میگشاید که جهان تنها 3 درصد از سن کنونی خود را داشت. این سیاهچاله که با استفاده از دادههای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یافته شده، در مرکز کهکشانی به نام CAPERS-LRD-z9 قرار دارد، که در فاصله حیرتانگیز 13.3 میلیارد سال نوری از ما واقع شده است. یافتههای این پژوهش در تاریخ 6 آگوست در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر شد و نظریههای دیرینه در مورد شکلگیری اولیه سیاهچالههای عظیم را به چالش میکشد.
دریچهای نو به سوی جهان اولیه
این سیاهچاله تازه تایید شده، که تخمین زده میشود جرمی معادل 300 میلیون خورشید داشته باشد، به طرز فوقالعادهای برای چنین دوره اولیه کیهانی بزرگ است. به گفته تیم تحقیقاتی به رهبری دانشمندان مرکز مرزهای کیهانی دانشگاه تگزاس در آستین، این جرم تنها 500 میلیون سال پس از بیگ بنگ شکل گرفته است. آنتونی تیلور، محقق فوق دکتری در این مرکز و نویسنده اصلی این مطالعه، میگوید: «وقتی به دنبال سیاهچالهها میگردید، عملاً تا همینجا میتوانید پیش بروید.»
این کشف به لطف برنامه CAPERS (برنامه بررسی دوره یونیزاسیون با استفاده از منشور منطقه CANDELS) تلسکوپ فضایی جیمز وب امکانپذیر شد. برنامه CAPERS بر روی کهکشانهای اولیه شناخته شده در جهان تمرکز دارد و CAPERS-LRD-z9 در ابتدا به عنوان یک ناهنجاری درخشان و فشرده شناسایی شد. تجزیه و تحلیل طیفسنجی دقیقتر بعداً نشان داد که نیروی محرکه این کهکشان نه فراوانی ستارگان، بلکه یک سیاهچاله با رشد سریع است.
معمای نقطههای قرمز کوچک
این کهکشان به دسته خاصی از اجرام آسمانی تعلق دارد که به عنوان “نقطههای قرمز کوچک” شناخته میشوند—کهکشانهایی فشرده، درخشان و به رنگ قرمز تیره که فقط در 1.5 میلیارد سال اول جهان قابل مشاهده هستند. این اجرام برای اولین بار در مشاهدات اولیه تلسکوپ فضایی جیمز وب مشاهده شدند و از آن زمان تاکنون اخترشناسان را متحیر کردهاند. درخشندگی آنها با مدلهای استاندارد شکلگیری کهکشانها ناسازگار است، زیرا این مدلها نشان میدهند که نباید زمان کافی برای شکلگیری این تعداد ستاره در این کهکشانهای کوچک وجود داشته باشد.
آنچه محققان اکنون دریافتهاند این است که ممکن است درخشندگی غیرمعمول ناشی از ستارگان نباشد، بلکه ناشی از سیاهچالههای ابرجرم باشد. این اجرام هنگام بلعیدن ماده مجاور، نور و انرژی شدیدی از خود ساطع میکنند. استیون فینکلشتاین، یکی از نویسندگان این مطالعه، میگوید: «این یافته به شواهد فزایندهای اضافه میکند که سیاهچالههای اولیه بسیار سریعتر از آنچه فکر میکردیم، رشد کردهاند.»
نور، موتور پنهان را آشکار میکند
تایید وجود این سیاهچاله از طریق طیفسنجی انجام شد، که به دانشمندان اجازه میدهد نور را به طول موجهای مجزا تجزیه کرده و حرکت و ترکیب اجرام آسمانی را آشکار کنند. هنگامی که گاز به دور یک سیاهچاله میچرخد، با سرعت بسیار زیادی حرکت میکند و الگوی مشخصی از نور به نام انتقال به سرخ و انتقال به آبی ایجاد میکند. نوری که دور میشود به سمت طول موجهای قرمز کشیده میشود، در حالی که گازی که به سمت ناظر حرکت میکند به سمت آبی فشرده میشود.
تیلور توضیح میدهد: «چیزهای زیادی نیستند که این اثر انگشت را ایجاد کنند. و این کهکشان آن را دارد.» این اثر انگشت غیرقابل انکار، شواهد روشنی از یک سیاهچاله در حال فعالیت ارائه داد که ماده را به داخل میکشد و کهکشان را از درون روشن میکند.
یک سرنخ اضافی از رنگ قرمز تیره کهکشان به دست آمد. محققان معتقدند که این امر ممکن است ناشی از ابرهای متراکم گاز در اطراف سیاهچاله باشد. این ابرها نور را جذب و پراکنده میکنند و قبل از رسیدن به حسگرهای تلسکوپ فضایی جیمز وب، آن را به سمت طول موجهای قرمزتر منتقل میکنند. اثرات مشابهی در کهکشانهای دیگر مشاهده شده است و مقایسهها سازگاری زیادی با CAPERS-LRD-z9 نشان دادهاند.
چالشی برای مدلهای موجود
جرم این سیاهچاله – حدود 300 میلیون برابر جرم خورشید – برای چنین دوره اولیهای در تاریخ کیهانی به طرز غیرمعمولی زیاد است. این جرم تقریباً نیمی از جرم تمام ستارگان کهکشان میزبان خود را تشکیل میدهد. این یافته دو احتمال را مطرح میکند: یا سیاهچالهها بسیار سریعتر از آنچه قبلاً تصور میشد رشد کردهاند، یا به طور قابل توجهی سنگینتر متولد شدهاند. کهکشان CAPERS-LRD-z9 اکنون به عنوان یک هدف حیاتی برای مطالعه شکلگیری و تکامل سیاهچالههای اولیه در نظر گرفته میشود.
پشتیبانی از این مطالعه همچنین از ابزار طیفسنجی انرژی تاریک (DESI) در رصدخانه ملی کیت پیک به دست آمد که دادههای بیشتری را ارائه کرد. تیلور میگوید: «ما تا همین اواخر نتوانستیم تکامل اولیه سیاهچالهها را مطالعه کنیم و هیجانزده هستیم که ببینیم از این جرم منحصربهفرد چه چیزی میتوانیم یاد بگیریم.»