تلسکوپ جیمز وب سرخ‌ترین سیاه‌چاله کلان‌جرم را در جهان آغازین کشف کرد

ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یک سیاه‌چاله کلان جرم بسیار سرخ را کشف کردند که در جهان آغازین در حال رشد است.

رنگ سرخ سیاه چاله که در فاصله‌ی ۷۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ دیده می‌شود، حاصل انبساط جهان است. با تورم جهان در تمام جهت‌ها، نوری که به سمت ما می‌آید به بخش سرخ طیف الکترومغناطیس منتقل می‌شود و نور منتقل‌شده به سرخ در این مورد، مدرکی بر وجود پوششی غلیظ از گاز و غبار در اطراف سیاه‌چاله است.

به گزارش اسپیس‌‌دات‌کام، گروه ستاره‌شناسی به رهبری لوکاس فورتاک و آدی زیترین از دانشگاه بن گوریون، با بررسی داده‌های جیمز وب توانستند به جرم سیاه‌چاله کلان‌جرم پی ببرند. این سیاه‌چاله با جرم ۴۰ میلیون برابر خورشید، درمقایسه با کهکشان میزبانش به شکل غیرمنتظره‌ای عظیم است.

پژوهشگرها همچنین متوجه شدند که سیاه‌چاله کلان جرم که در فاصله‌ی ۱۲٫۹ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد با سرعت بالایی گاز و غبار اطراف خود را می‌بلعد یا به بیان دیگر در حال رشد است. به گفته‌ی فورتاک:

با دریافت اولین داده‌های جیمز وب بسیار هیجان‌زده بودیم. با بررسی داده‌های دریافتی در برنامه‌ی UNCOVEER، سه جرم بسیار فشرده‌ی سرخ نظرمان را جلب کردند. ظاهر نقطه‌ای و سرخ این اجرام به اختروش شباهت داشت.

اختروش‌ها زمانی به وجود می‌آیند که مقدار زیادی ماده در اطراف سیاه‌چاله کلان جرم وجود داشته باشند. این مواد دیسکی از گاز و غبار موسوم به قرص برافزایشی را شکل می‌دهند که به تدریج سیاه‌چاله را تغذیه می‌کند. تأثیر گرانشی عظیم سیاه‌چاله باعث آشفتگی در این ماده شده و به افزایش دمای زیاد و درخشش آن منجر می‌شود.

علاوه بر این، ماده‌ای که داخل سیاه‌چاله کلان جرم سقوط نمی‌کند به قطب‌های عظیم کیهانی راه می‌یابد. ذره‌های موجود در این مناطق تا سرعت‌های نزدیک به نور شتاب می‌گیرند. انتشار این فواره‌های نسبیتی با فوران پرتوهای الکترومغناطیسی درخشان همراه است.

در نتیجه، اختروش‌های تقویت‌شده به واسطه‌ی سیاه‌چاله‌های کلان جرم در هسته کهکشانی فعال (AGN) اغلب اوقات بسیار درخشان هستند و حتی درخشش آن‌ها از کل درخشش ستاره‌ها و کهکشان میزبانشان بیشتر است. بخش زیادی از پرتوهای منتشرشده از اطراف سیاه‌چاله‌ی کلان جرم یادشده در بازه‌ای کوتاه در داده‌های جیمز وب ظاهر شدند. به نوشته‌ی راشل بزانسون یکی از مؤلفان برنامه‌ی UNCOVER:

تجزیه‌وتحلیل رنگ‌های این جسم نشان می‌دهد که یک کهکشان ستاره‌ساز معمولی نیست. این شواهد با فرضیه‌ی سیاه‌چاله کلان‌جرم سازگارتر هستند. بر اساس جرم فشرده واضح بود که این جرم یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است، هرچند اندکی با دیگر اختروش‌های آغازین تفاوت دارد.

نظریه‌ نسبیت عام اینشتین نشان می‌دهد که اجرام دارای جرم، بافت فضازمان را خم می‌کنند. بر اساس این نظریه، گرانش حاصل خمیدگی است. هر چقدر جرم یک جسم بیشتر باشد، خمیدگی فضازمان هم بیشتر خواهد بود.

خمیدگی نه‌تنها می‌گوید که سیاره‌ها چگونه در اطراف ستاره‌ها و ستاره‌ها در اطراف کهکشان‌های میزبانشان حرکت می‌کنند، بلکه همچنین مسیر نور ستاره‌ها را تغییر می‌دهد. هر چقدر نور به جرمی نزدیک‌تر باشد، مسیر آن خمیده‌تر می‌شود. مسیرهای مختلف نور یک جرم پس‌زمینه ممکن است توسط یک جرم همگرایی پیش‌زمینه تغییر کنند و موقعیت ظاهری جرم پس‌زمینه را تغییر دهد.

تلسکوپ جیمز وب از خوشه‌ای کهکشانی به نام Abell 2744 به عنوان جرم همگرایی پیش‌زمینه برای تقویت نور کهکشان‌های پس‌زمینه استفاده کرد. این رصدها نشان دادند که اختروش بسیار سرخ‌رنگی به شکل سه نقطه‌ی قرمز ظاهر شده است. زیترین در این باره توضیح می‌دهد:

از مدل همگرایی عددی برای خوشه‌ی کهکشانی استفاده کردیم تا به این صورت تشخیص دهیم سه نقطه‌ی قرمز در واقع تصویرهای متعددی از یک منبع پس‌زمینه هستند که زمانی که جهان تنها ۷۰۰ میلیون سال عمر داشت، دیده می‌شوند.

تحلیل‌های بعدی منبع پس‌زمینه نشان می‌دهند که نور اختروش از یک منطقه‌ی فشرده سرچشمه می‌گیرد. جنی گرین، یکی از اعضای تیم و پژوهشگر دانشگاه پرینستون در بیانیه‌ای گفت:

کل نور کهکشان باید درون منطقه‌ای کوچک به اندازه‌ی یک خوشه ستاره‌ای کنونی جا گرفته باشد. بزرگنمایی همگرایی گرانشی منبع، محدوده‌ی دقیقی از اندازه را فراهم می‌کند. حتی با جمع‌آوری کل ستاره‌های احتمالی در چنین منطقه‌ی کوچکی، سیاه‌چاله حداقل یک درصد از کل جرم منظومه را اشغال می‌کنند.

کشف یادشده پاسخ‌هایی را برای این پرسش دارد: چگونه سیاه‌چاله‌های کلان جرم که میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر خورشید جرم دارند، در طول دوران نوزادی جهان به چنین ابعاد عظیمی رسیدند؟

سیاه‌چاله‌های کلان جرم متعدد در جهان آغازین رفتار مشابهی را نشان می‌دهند و دیدگاه‌های جالبی را درباره‌ی سیاه‌چاله و رشد کهکشان میزبان و همچنین آثار متقابل بین آن‌ها دارند. تلسکوپ جیمز وب مجموعه‌ای از نقاط قرمز کوچک را در طول زمان کشف کرده است. این شواهد می‌توانند نشان دهند که اختروش‌های حاصل از سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در جهان آغازین می‌توانند به حل معمای این سیاه‌چاله‌ها کمک کنند.

به طور کلی، اگر اخترفیزیک را هم‌ارز را مسئله‌ی مرغ و تخم مرغ بدانیم، هنوز نمی‌دانیم کدام یک اول آمده‌اند: کهکشان یا سیاه‌چاله؟ اولین سیاه‌چاله‌ها چقدر بزرگ بودند و چگونه رشد کردند؟

یافته‌های پژوهش ۱۴ فوریه در مجله نیچر منتشر شدند.