کشف سیاه چاله‌ای غول‌ پیکر که از کهکشان خود سنگین‌تر است، اما کسی نمی‌داند چگونه

پایگاه خبری تحلیلی – (-):

زومیت: ستاره شناسان جرم یک سیاهچاله باستانی را اندازه گرفتند و دریافتند که آنقدر سنگین است که ممکن است قبل از تشکیل و رشد کهکشان آن شکل گرفته باشد.

درست 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، او آسمانی باستانی را دید که پوشیده از لکه های قرمز روشن و ریز نور بود. 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 توافق دارند که هر یک از این نقاط قرمز کوچک، که بسیار شبیه ستاره های عظیم و بسیار دور هستند، در واقع حاوی یک سیاهچاله در حال رشد در مرکز خود هستند. 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 با توجه به زمانی که کیهان تنها 700 میلیون سال سن داشت، جرم یکی از این نقاط قرمز کوچک را به روشی جدید و دقیق‌تر اندازه‌گیری کردند.

نتیجه نشان داد که جرم آن سیاهچاله حدود 50 میلیون برابر جرم خورشید است. این یافته ای است که از زمانی که نسخه قبلی منتشر شده مقاله در اوت سال گذشته منتشر شد، تردیدهایی را ایجاد کرده است. زیرا پیامدهای آن باورهای رایج در بین اخترشناسان را زیر و رو می کند. وجود چنین سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم در اوایل کیهان 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، پس ما در دنیایی زندگی می کنیم که عجیب تر از آن چیزی است که فکر می کردیم. به همین دلیل است که بسیار مهم است.”

بحث اصلی بر سر این است که کدامیک ابتدا شکل گرفته است: توده های عظیم ستارگان و گازها که کهکشان ها را تشکیل می دهند یا سیاهچاله های کلان پرجرم که معمولاً در مرکز آنها دیده می شوند. اگر سیاهچاله‌ها ابتدا شکل گرفته و به عنوان دانه‌های گرانشی برای رشد کهکشان‌ها عمل می‌کردند، باید در اوایل جهان خیلی سریع رشد کرده باشند.

پس از کشف محققان، مطالعات اولیه نشان داد که جرم هر یک از لکه های قرمز کوچک ممکن است به میلیون ها جرم خورشید برسد. دیسکاوری ممکن است 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 برخلاف سیاهچاله های کلان پرجرم، نقاط قرمز ریز به احتمال زیاد در ابرهای گازی متراکم تر وجود دارند. در نتیجه، راه 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 جرم کیهانی به نام “سیاهچاله های ستاره ای” هستند. از بیرون، چنین خوشه ای شبیه یک ستاره غول سرخ به نظر می رسد، اما در مرکز آن، به جای همجوشی هسته ای، یک سیاهچاله در حال رشد است که گاز را می بلعد و انرژی کافی برای روشن نگه داشتن گوشته اطراف تولید می کند.

هر دو توضیح می توانند اخترفیزیک را متحول کنند. اگر این سیاهچاله‌ها در اوایل کیهان به ده‌ها میلیون برابر جرم خورشید رسیده بودند، 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 پرجرم را دور می زند، اما در عوض آنها را به یک نوع کاملاً جدید و ناشناخته به نام «سیاهچاله ستاره ای» تبدیل می کند.

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 مرتبط با پدیده‌های کاملاً جدید بدانیم. نویسنده اصلی این مطالعه، ایگناس یوجبالیس، 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 استفاده از تلسکوپ جیمز وب نور ساطع شده توسط اتم های هیدروژن را در جریان گاز چرخان در مدارهای دور دور سیاهچاله بررسی کردند.

نور ساطع شده دارای طول موج یا رنگ بسیار خاصی است، اما مشاهدات تلسکوپ جیمز وب نشان داده است که این رنگ در دو طرف توده متلاطم گاز، به دلیل حرکت هیدروژن در جریان گردابی، تغییر بسیار کمی دارد. 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 وقتی اتم های هیدروژن به سمت ما حرکت می کنند کمی به سمت طیف آبی و در قسمتی که در حال دور شدن هستند کمی به سمت طیف قرمز جابه جا می شوند.

از این تغییر بسیار کوچک در طول موج، محققان توانستند سرعت گاز را در فواصل مداری مختلف از آن نقطه قرمز کوچک محاسبه کنند. یوجبالیس می‌گوید: «شما به طور همزمان اندازه‌گیری‌های مستقلی از سرعت و مسافت دارید، به این معنی که می‌توانید جرم دقیق جسم را در مرکز محاسبه کنید.

برای توضیح تفاوت سرعت، جرم سیاهچاله باید حدود 50 میلیون برابر جرم خورشید باشد. اگر این نتیجه درست باشد، کاملاً با فرضیه “ستاره و سیاهچاله” در تضاد است.

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 این کهکشان وجود داشته باشد. چنین سیاهچاله ای منزوی اما غول پیکر می تواند محصول فروپاشی مستقیم ابرهای گازی پس از انفجار بزرگ یا حتی یک سیاهچاله اولیه باشد. یک نوع فرضی از این اجرام در اولین ثانیه های جهان ظاهر شدند.

اما با توجه به فاصله سیاهچاله، برخی این سوال را مطرح می کنند که آیا این روش دقیق اندازه گیری جرم آن قابل اعتماد است یا خیر. گرین می گوید: «این یک اندازه گیری بسیار جسورانه و دشوار است. “اگر کسی بتواند این 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 این 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، ما نه تنها ماهیت نقاط قرمز ریز، بلکه منشاء کلی سیاهچاله های کلان پرجرم را نیز خواهیم فهمید.