کشف سیاه چالهای غول پیکر که از کهکشان خود سنگینتر است، اما کسی نمیداند چگونه
زومیت: ستاره شناسان جرم یک سیاهچاله باستانی را اندازه گیری کردند و دریافتند که آنقدر سنگین است که ممکن است قبل از شکل گیری و رشد کهکشان آن شکل گرفته باشد.
تقریباً بلافاصله پس از اینکه تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا در سال 2022 روشن شد و نور چند میلیارد سال اول پس از انفجار بزرگ را جمع آوری کرد، آسمان باستانی را دید که پوشیده از لکه های ریز قرمز روشن است. از آن زمان، این «نقاط قرمز کوچک» (LRD) تقریباً هر چیزی را که دانشمندان تصور میکردند در مورد جهان اولیه میدانستند به چالش کشیدهاند.
اکثر ستاره شناسان اکنون موافق هستند که هر یک از این نقاط قرمز کوچک، که بسیار شبیه ستاره های عظیم و بسیار دور هستند، در واقع یک سیاهچاله در حال رشد در مرکز خود دارند. اما اندازه این سیاهچاله ها و در نتیجه منشا و نقش آنها در تاریخ کیهان هنوز به شدت مورد بحث است.
در مقالهای که اخیراً منتشر شده است، محققان ادعا میکنند که این سیاهچالههای مرموز بسیار بزرگتر از آن چیزی هستند که قبلاً تصور میشد. آنها با استفاده از جیمز وب و نگاهی به زمانی که کیهان تنها 700 میلیون سال قدمت داشت، جرم یکی از این نقاط قرمز کوچک را به روشی جدید و به گفته خودشان دقیقتر اندازهگیری کردند.
نتیجه نشان داد که جرم آن سیاهچاله حدود 50 میلیون برابر خورشید است. یافته ای که از زمان انتشار نسخه از پیش منتشر شده مقاله در مرداد ماه سال گذشته با تردیدهایی مواجه شد. زیرا پیامدهای آن باورهای رایج اخترشناسان را زیر و رو می کند. وجود چنین سیاهچالههای بسیار پرجرم در اوایل جهان نشان میدهد که آنها حتی قبل از کهکشانهای میزبانشان شکل گرفتهاند و ممکن است از آغاز زمان وجود داشته باشند.
جنی گرین، ستاره شناس دانشگاه پرینستون که در این تحقیق شرکت نداشت، می گوید: «اگر همه چیز در این مقاله درست باشد، ما در دنیایی عجیب تر از آنچه فکر می کردیم زندگی می کنیم. به همین دلیل است که بسیار مهم است.”
بحث اصلی حول این است که اولین بار چه چیزی شکل گرفته است: توده های عظیم ستارگان و گازهایی که کهکشان ها را تشکیل می دهند یا سیاهچاله های کلان پرجرم که معمولاً در مرکز آنها دیده می شوند. اگر سیاهچالهها ابتدا تشکیل میشدند و بهعنوان دانههای گرانشی برای رشد کهکشانها عمل میکردند، باید در همان ابتدای پیدایش جهان به سرعت رشد کرده باشند.
پس از کشف توسط محققان، مطالعات اولیه نشان داد که جرم هر یک از لکه های قرمز کوچک ممکن است به میلیون ها جرم خورشید برسد. یافته ای که می تواند از ایده «نخستین سیاهچاله» حمایت کند. اما ستاره شناسان بعدی این تخمین ها را به چالش کشیدند. روشهای اولیه از تکنیکهای غیرمستقیم مشابه روشهای مورد استفاده برای سیاهچالههای پرجرم در جهان مدرن استفاده میکردند، اما فرض میکردند که محیط این نقطه قرمز کوچک شبیه کهکشانهای مدرن است.
منتقدان می گویند که بر خلاف سیاهچاله های کلان پرجرم، نقاط قرمز کوچک احتمالاً در ابرهای گازی بسیار متراکم تر قرار دارند. در نتیجه، روش مستقیم تری برای اندازه گیری دقیق جرم آنها مورد نیاز است. برخی از آنها حتی بر این باورند که نقاط قرمز کوچک یک نوع کاملاً جدید از اجرام کیهانی به نام “ستاره-سیاهچاله” هستند. از بیرون، چنین جرمی شبیه یک ستاره غول سرخ به نظر می رسد، اما در مرکز آن، به جای همجوشی هسته ای، یک سیاهچاله در حال رشد وجود دارد که گاز را می بلعد و انرژی کافی برای روشن نگه داشتن گوشته اطراف خود تولید می کند.
هر دو توضیح می توانند اخترفیزیک را متحول کنند. اگر این سیاهچالهها در اوایل کیهان به دهها میلیون برابر جرم خورشید میرسیدند، منشا آنها حتی مرموزتر میشد. گرین می گوید: «این شما را به چیزهای بسیار عجیبی سوق می دهد. در مقابل، تعیین اندازه کوچکتر برای نقاط قرمز کوچک مشکل سیاهچاله های کلان جرم را دور می زند، اما در عوض آنها را به گونه ای کاملاً جدید و ناشناخته به نام “سیاه چاله ستاره ای” تبدیل می کند.
با این حال، روبرتو مایولینو، اخترفیزیکدان از دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان مقاله، میگوید وقتی با دادههای جدید و مبهم روبرو میشویم، تمایل زیادی داریم که آنها را به پدیدههای کاملاً جدید مرتبط بدانیم. نویسنده اصلی این مطالعه، Ignas Yodzhbalis، همچنین معتقد است که ما ممکن است یک شی آشنا را از زاویه ای ناآشنا ببینیم.
اندازهگیری جدید با تکنیکی به نام «طیفسنجی فضایی» انجام شد. روشی که اخیراً برای تعیین دقیق جرم سیاهچاله های کلان جرم در کهکشان های امروزی استفاده شده است. در این مورد، محققان با تلسکوپ جیمز وب نور ساطع شده توسط اتم های هیدروژن در جریان چرخان گاز را در مدارهای دور دور سیاهچاله بررسی کردند.
نور ساطع شده دارای طول موج یا رنگ بسیار خاصی است، اما مشاهدات تلسکوپ جیمز وب نشان داد که این رنگ در دو طرف توده متلاطم گاز تغییر بسیار جزئی دارد و این به دلیل حرکت هیدروژن در جریان چرخشی است. همانطور که صدای آژیر آمبولانس هنگام نزدیک شدن کمتر و هنگام دور شدن بلندتر می شود، نور نیز به دلیل اثر داپلر تغییر می کند. به این ترتیب جایی که اتم های هیدروژن به سمت ما حرکت می کنند کمی به سمت طیف آبی و در قسمتی که دور می شوند کمی به سمت طیف قرمز متمایل می شود.
از این تغییر بسیار کوچک در طول موج، محققان توانستند سرعت گاز را در فواصل مداری مختلف از آن نقطه قرمز کوچک محاسبه کنند. Yodzhbalis می گوید: “شما اندازه گیری های مستقلی از سرعت و مسافت همزمان دارید، به این معنی که می توانید جرم دقیق جسم را در مرکز محاسبه کنید.”
برای توضیح تفاوت سرعت، جرم سیاهچاله باید حدود 50 میلیون برابر خورشید باشد. اگر این نتیجه درست باشد، کاملاً با فرضیه «ستاره-سیاهچاله» در تضاد خواهد بود.
در واقع، این اندازه گیری نشان می دهد که سیاهچاله سنگین تر از محیط اطرافش و شاید حتی کل کهکشان میزبانش است. البته اگر اصلا چنین کهکشانی وجود داشته باشد. چنین سیاهچاله ای منزوی اما غول پیکر ممکن است محصول فروپاشی مستقیم ابرهای گازی پس از انفجار بزرگ یا حتی یک سیاهچاله اولیه باشد. یک نوع فرضی از این اجرام که در اولین ثانیه های کیهان ظاهر شدند.
اما از آنجایی که سیاهچاله بسیار دور است، برخی شک دارند که آیا چنین روش ظریفی برای اندازه گیری جرم آن حتی قابل اعتماد است یا خیر. گرین می گوید: «این یک اندازه گیری بسیار جسورانه و دشوار است. “اگر کسی بتواند آن را به طور مستقل تکرار کند، من بیشتر توجه خواهم کرد.”
در آینده، ابزارهای رصدی پیشرفتهتر، مانند تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی در شیلی، که در دهه 2030 عملیاتی میشود، احتمالاً روشنتر راز را روشن خواهد کرد. به نظر می رسد در دهه های آینده، ستاره شناسان سرانجام تصویر دقیق تری از بزرگترین اجرام جهان ارائه خواهند کرد که عملا همه چیز به آن بستگی دارد.
یوجبالیس می گوید: «ما داده های لازم را خواهیم داشت. مطمئناً در طول زندگی من نه تنها ماهیت نقاط قرمز کوچک، بلکه منشاء کلی سیاهچاله های کلان پرجرم را نیز خواهیم فهمید.
