یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان، به رهبری مرکز مرز کیهان‌شناسی در دانشگاه تگزاس در آستین، کشف دورترین سیاهچاله‌ای که تاکنون مشاهده شده است را تأیید کردند. این سیاهچاله در کهکشانی به نام CAPERS-LRD-z9 قرار دارد که تنها ۵۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ (Big Bang) وجود داشته است.
به عبارت دیگر، نوری که از آن می‌بینیم، ۱۳.۳ میلیارد سال سفر کرده و کیهان را در زمانی نشان می‌دهد که تنها ۳ درصد از عمر کنونی‌اش را داشته است. این کشف چشمگیر فرصتی بی‌سابقه به دانشمندان می‌دهد تا چگونگی شکل‌گیری و تکامل ساختارهای کیهانی را در یکی از اولین و کم‌شناخته‌ترین مراحل کیهان بررسی کنند.
آنتونی تیلور، پژوهشگر فوق‌دکتری در مرکز مرز کیهان‌شناسی و رهبر تیمی که این کشف را انجام داد، می‌گوید:
وقتی به دنبال سیاهچاله‌ها می‌گردید، این تقریباً دورترین نقطه‌ای است که می‌توانید به آن برسید. ما واقعاً داریم مرزهای آنچه فناوری کنونی می‌تواند تشخیص دهد را جابه‌جا می‌کنیم.
تحقیقات این تیم در ۶ آگوست در مجله Astrophysical Journal منتشر شده است.
استیون فینکلستاین، یکی از نویسندگان این مقاله و مدیر مرکز مرز کیهان‌شناسی، افزود:
هرچند ستاره‌شناسان چند کاندیدای دورتر دیگر پیدا کرده‌اند، اما هنوز نتوانسته‌اند نشانه‌های طیف‌سنجی مشخص مرتبط با یک سیاهچاله را پیدا کنند.
تشخیص نشانه‌های یک سیاهچاله
ستاره‌شناسان با استفاده از طیف‌سنجی، نور را به طول موج‌های متعددش تقسیم می‌کنند تا ویژگی‌های یک شیء را مطالعه کنند. برای شناسایی سیاهچاله‌ها، آن‌ها به دنبال شواهدی از گازهایی می‌گردند که با سرعت زیاد در حال حرکت هستند. وقتی گاز به دور سیاهچاله می‌چرخد و به درون آن سقوط می‌کند، نور گازی که از ما دور می‌شود به طول موج‌های بسیار قرمزتر کشیده می‌شود و نور گازی که به سمت ما حرکت می‌کند، به طول موج‌های بسیار آبی‌تر فشرده می‌شود. تیلور توضیح می‌دهد:
چیزهای زیادی نیستند که این نشانه را ایجاد کنند. و این کهکشان آن را دارد!
این تیم برای جستجوی خود از داده‌های برنامه CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده کرد. JWST که در سال ۲۰۲۱ پرتاب شد، دوربردترین نماهای موجود از فضا را فراهم می‌کند و CAPERS مشاهداتی از دورترین لبه فضا را ارائه می‌دهد.
مارک دیکینسون، یکی از نویسندگان این مقاله و رهبر تیم CAPERS، گفت:
هدف اصلی CAPERS تأیید و مطالعه دورترین کهکشان‌ها است. طیف‌سنجی JWST کلید تأیید فواصل آن‌ها و درک خواص فیزیکی‌شان است.
CAPERS-LRD-z9 که در ابتدا به عنوان یک لکه جالب در تصاویر برنامه دیده می‌شد، به بخشی از یک رده جدید از کهکشان‌ها به نام «نقاط قرمز کوچک» تبدیل شد. این کهکشان‌ها که فقط در ۱.۵ میلیارد سال اول کیهان وجود داشتند، بسیار فشرده، قرمز و به‌طور غیرمنتظره‌ای درخشان هستند.
فینکلستاین توضیح داد:
کشف نقاط قرمز کوچک یک غافلگیری بزرگ از داده‌های اولیه JWST بود، زیرا آن‌ها هیچ شباهتی به کهکشان‌هایی نداشتند که با تلسکوپ فضایی هابل دیده می‌شدند. اکنون، ما در حال تلاش برای کشف این هستیم که آن‌ها چگونه هستند و چگونه به وجود آمده‌اند.
CAPERS-LRD-z9 ممکن است به ستاره‌شناسان در انجام این کار کمک کند.
درخشندگی، رنگ، و سیاهچاله‌ها
اولاً، این کهکشان شواهد فزاینده‌ای را تأیید می‌کند که سیاهچاله‌های کلان‌جرم منبع درخشندگی غیرمنتظره در نقاط قرمز کوچک هستند. معمولاً، آن درخشندگی نشان‌دهنده فراوانی ستارگان در یک کهکشان است. با این حال، نقاط قرمز کوچک در زمانی وجود دارند که وجود چنین جرم عظیمی از ستارگان بعید است.
از سوی دیگر، سیاهچاله‌ها نیز به شدت می‌درخشند. این به دلیل این است که آن‌ها موادی را که مصرف می‌کنند فشرده و داغ کرده و نور و انرژی عظیمی تولید می‌کنند. با تأیید وجود یک سیاهچاله در CAPERS-LRD-z9، ستاره‌شناسان نمونه‌ای قابل توجه از این ارتباط را در نقاط قرمز کوچک پیدا کرده‌اند.
این کهکشان تازه کشف‌شده ممکن است به پاسخ این سؤال که چه چیزی باعث رنگ قرمز مشخص در نقاط قرمز کوچک می‌شود نیز کمک کند. این رنگ ممکن است به دلیل یک ابر ضخیم از گاز باشد که سیاهچاله را احاطه کرده و نور آن را در هنگام عبور به سمت طول موج‌های قرمزتر منحرف می‌کند. تیلور توضیح داد:
ما این ابرها را در کهکشان‌های دیگر دیده‌ایم. وقتی این شیء را با آن منابع دیگر مقایسه کردیم، کاملاً شبیه به هم بودند.
این کهکشان همچنین به دلیل غول‌پیکر بودن سیاهچاله‌اش قابل توجه است. جرم آن که تخمین زده می‌شود تا ۳۰۰ میلیون برابر خورشید ما باشد، تا نیمی از جرم تمام ستارگان کهکشانش است. حتی در میان سیاهچاله‌های کلان‌جرم، این مورد به ویژه بزرگ است.
پیدا کردن چنین سیاهچاله عظیمی در این دوران اولیه، فرصت ارزشمندی برای ستاره‌شناسان فراهم می‌کند تا چگونگی رشد این اجرام را مطالعه کنند. یک سیاهچاله که در اواخر کیهان وجود دارد، فرصت‌های متنوعی برای افزایش جرم خود در طول عمرش داشته است. اما یکی که در چند صد میلیون سال اول وجود دارد، چنین فرصتی نداشته است. فینکلستاین گفت:
این کشف به شواهد فزاینده‌ای اضافه می‌کند که سیاهچاله‌های اولیه بسیار سریع‌تر از آنچه فکر می‌کردیم رشد کرده‌اند. یا اینکه آن‌ها از ابتدا بسیار پرجرم‌تر از پیش‌بینی مدل‌های ما بوده‌اند.
برای ادامه تحقیقات خود بر روی CAPERS-LRD-z9، این تیم امیدوار است مشاهدات بیشتر و با وضوح بالاتری را با استفاده از JWST جمع‌آوری کند. این می‌تواند بینش بیشتری در مورد آن و نقشی که سیاهچاله‌ها در تکامل نقاط قرمز کوچک داشته‌اند، فراهم کند. تیلور گفت:
این یک شیء آزمایشی خوب برای ما است. ما تا همین اواخر نتوانسته‌ایم تکامل سیاهچاله‌های اولیه را مطالعه کنیم، و مشتاقیم ببینیم چه چیزی می‌توانیم از این شیء منحصربه‌فرد یاد بگیریم.
منبع: Scitechdaily
