کشف دوردست‌ترین اختروش در فاصله ۱۳ میلیارد سال نوری

 کهکشانی در فاصله‌ی میلیاردها سال نوری، دوردست‌ترین جرم فضایی از نوع خود است که بشر تاکنون کشف کرده. کشف این کهکشان می‌تواند مدل‌های شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها را به چالش بگیرد و دیدگاه جدیدی درباره‌ی آغاز جهان ارائه کند. این کهکشان دارای یک کوازار است.

نام اختروش یا کوازار جدید، J0313-1806 است که ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. سیاه‌چاله‌ی بزرگی در مرکز این کوازار قرار دارد و ستاره‌های آن با سرعتی بالا، درست ۶۷۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ متولد شدند. تیمی از پژوهشگرها به سرپرستی دانشگاه آریزونا به شواهدی از یک باد کوازاری داغ با سرعت ۲۰ درصد سرعت نور رسیدند که از سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای مرکز J0313-1806 سرچشمه می‌گیرد. به گفته‌ی فیج وانگ از رصدخانه‌ی استوارد آریزونا:

باد کوازاری یکی از اولین شواهد است که تأثیر سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای مرکز کهکشان بر کل کهکشان را نشان می‌دهد. براساس شواهدی که از کهکشان‌های نزدیک‌تر به دست آمدند از وجود این رویداد آگاهیم؛ اما هیچ وقت در آغاز جهان شاهد آن نبودیم.

کوازار یا «منبع رادیویی شبه ستاره‌»، یکی از خروجی‌های درخشان هسته‌ی کهکشانی فعال است؛ به‌طوری‌که سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای مرکز کهکشان، مواد را با سرعت بالایی جذب  و شعله‌هایی درخشان منتشر می‌کند.

هسته‌ی J0313-1806 مواد را با سرعت ۲۵ جرم خورشیدی در سال جذب می‌کند؛ اما به قدری دور است که حتی ترکیبی از قدرتمند‌ترین تلسکوپ‌ها آن را به شکل نقطه‌ای مادون قرمز رصد کردند. دانشمندان از آرایه‌ی زیرمیلیمتری عظیم آتاکاما (ALMA) در شیلی برای بررسی جزئیات این کهکشان استفاده کردند. براساس رصدها، J0313-1806 دوردست‌ترین کوازاری است که تاکنون کشف شده و رکورد کوازار قبلی (J1342+0928) را با اختلاف ۲۰ میلیون سال می‌شکند.

J1342+928 در بازه‌ی زمانی ۶۹۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شناسایی شد و جرم سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای آن به ۸۰۰ میلیون جرم خورشیدی می‌رسد؛ اما کوازار جدید J0313-1806 این رکورد را شکسته و جرم سیاه‌چاله‌ی مرکزی آن تقریبا ۱٫۶ میلیارد جرم خورشیدی است.

جرم کوازار J0313-1806 نسبت به فاصله‌ی زمانی از بیگ‌بنگ بسیاری زیاد است و با برخی مدل‌های فعلی سازگار نیست. براساس یکی از مدل‌های جهان، سیاه‌چاله‌های غول‌آسای آغازین کوچک بودند و سپس با جذب مواد رشد کردند. براساس مدلی دیگر، سیاه‌چاله‌های مرکزی از طریق فروپاشی مستقیم خوشه‌های متراکم ستاره‌ای تشکیل شدند. این مدل‌ها برای کوازارهای دیگری مثل J1342+928 صدق می‌کنند.

حتی اگر سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای J0313-1806، صد میلیون سال پس از بیگ‌بنگ تشکیل و براساس مدل‌های موجود رشد کرده باشد، حداقل جرم اولیه‌ی آن باید معادل ۱۰ هزار جرم خورشیدی باشد. اینجا است که گزینه‌ی سومی مطرح می‌شود:

براساس مدل جدید، بذر سیاه‌چاله باید با مکانیزمی متفاوت شکل گرفته باشد. در این سناریو بخش زیادی از گاز هیدروژن سرد به‌طور مستقیم به بذر سیاه‌چاله تبدیل شده است.

دلایل دیگری هم برای عجیب بودن J0313-1806 وجود دارد. یکی آن‌ها، سرعت تشکیل ستاره‌ معادل ۲۰۰ جرم خورشیدی در سال است. با این سرعت J0313-1806 در گروه کهکشان‌های انفجاری قرار می‌گیرد. شکل‌گیری ستاره‌ها یکی از مراحل متمرکز حیات کهکشان است؛ در چنین سرعت‌های بالایی، شکل‌گیری ستاره‌ها به زمان بستگی دارد.

از طرفی باد کوازاری یا جریان‌های پلاسمای داغ قرص برافزایشی اطراف سیاه‌چاله کمکی به حل مسئله نمی‌کند. این باد گاز سرد ستاره‌ای را از کهکشان دور می‌کند که در نهایت باعث خاموشی روند شکل‌گیری ستاره می‌شود. به گفته‌ی فن:

معتقدیم سیاه‌چاله‌های غول‌آسا یکی از دلایل توقف شکل‌گیری ستاره‌ها در بسیاری از کهکشان‌های بزرگ هستند. این فرایند خاموشی را قبلا مشاهده کردیم اما هنوز دقیقا نمی‌دانیم این فرایند چه زمانی از تاریخ جهان آغاز شد. این کوازار یکی از اولین شواهد خاموشی ستاره‌ها در آغاز جهان است.

رصدهای آینده می‌توانند تصویر دقیق‌تری از کوازارها ارائه کنند و ساختار جریان خارجی و چگونگی توسعه‌ی بادهای کوازاری در کهکشان را توصیف کنند؛ همچنین ایده‌ی بهتری از مراحل تکامل کهکشان خواهند داد.

این پژوهش که در نشست ۲۳۷ انجمن نجوم آمریکا ارائه شد، مورد تأیید مجله‌ی Astrophysical Journal Letters قرار گرفت و به‌صورت آنلاین در arXiv در دسترس است.