کشف یک بِلِیْزِر (فروزنده) غیرمنتظره در سپیده‌دمِ کیهان!

اخترشناسان یک سیاهچاله‌ی جوان و درخشان را کشف کرده‌اند که تنها یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، با سرعتی باورنکردنی در حال رشد بوده است. این کشف نادر، کلیدی برای درک چگونگی شکل‌گیری سیاهچاله‌های اَبَر جرم در روزهای آغازین جهان فراهم می‌کند.

دانشمندان سرنخ مهمی را برای درک چگونگی رشد سریع سیاهچاله‌های اَبَر جرم در اوایل جهان شناسایی کرده‌اند. آنها یک بِلِیْزِر (فروزنده)، نوعی نادر و قدرتمند از هسته‌ی فعال کهکشانی (AGN) را کشف کرده‌اند که آنقدر دور است که نورش 12.9 میلیارد سال طول کشیده تا به ما برسد!

وجود این بِلِیْزِر نشان می‌دهد که تعداد بسیار بیشتری از این اجرام در اوایل جهان وجود داشته‌اند و یک جمعیت پنهان از هسته‌های فعال کهکشانی با جت‌های قدرتمند ذرات را تشکیل می‌دادند. این کشف از این جهت مهم است که تصور می‌شود سیاهچاله‌های دارای جت، بسیار سریعتر از سیاهچاله‌های بدون جت رشد می‌کنند. درک این بِلِیْزِر‌های اولیه می‌تواند به توضیح چگونگی تبدیل برخی سیاهچاله‌ها به اَبَر جرم در مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ کمک کند.

قلب‌های درخشان کهکشان‌ها

در قلب بسیاری از کهکشان‌ها، هسته‌های فعال کهکشانی (AGN) قرار دارند که برخی از درخشان‌ترین اجرام در جهان هستند. خروجی انرژی عظیم آنها از سیاهچاله‌های اَبَر جرم ناشی می‌شود که ماده‌ی اطراف را از طریق فرآیندی به نام “افزایش جرم” به درون خود می‌کشند. این فرآیند، کارآمدترین روش شناخته‌شده در فیزیک برای تبدیل ماده به انرژی است و به هسته‌های فعال کهکشانی اجازه می‌دهد تا درخشان‌تر از تمام ستارگان صدها، هزاران یا حتی تعداد بیشتری کهکشان در یک حجم فضایی کوچکتر از منظومه شمسی ما بدرخشند.

حداقل 10 درصد از هسته‌های فعال کهکشانی، جت‌های قدرتمند ذرات تولید می‌کنند، جریان‌هایی از ذرات پرانرژی که از ناحیه اطراف سیاهچاله در جهت‌های مخالف پرتاب می‌شوند. این جت‌ها توسط میدان‌های مغناطیسی در دیسک افزایش جرم، گاز چرخانی که سیاهچاله را احاطه کرده است، شکل گرفته و هدایت می‌شوند.

نوع خاصی از هسته‌های فعال کهکشانی، معروف به بِلِیْزِر، تنها در صورتی برای ما قابل مشاهده است که یکی از جت‌های آن به‌طور اتفاقی مستقیماً به سمت زمین نشانه رفته باشد – یک هم‌ترازی بسیار نادر. این باعث می‌شود که بِلِیْزِر به طور استثنایی روشن به نظر برسد، درست مانند خیره شدن مستقیم به یک چراغ قوه قدرتمند. بِلِیْزِر‌ها همچنین به دلیل تغییرات سریع روشنایی خود شناخته می‌شوند که گاهی اوقات در عرض چند ساعت یا حتی چند دقیقه تغییر می‌کنند. این نوسانات ناشی از فعالیت آشفته در دیسک افزایش جرم و تعاملات پیچیده بین میدان‌های مغناطیسی جت و ذرات باردار است.

یافتن کهکشان‌های فعال در اوایل جهان

این کشف جدید نتیجه‌ی یک جستجوی سیستماتیک برای هسته‌های فعال کهکشانی در اوایل جهان بود که توسط ادواردو بانادوس، رهبر گروه در موسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی که متخصص در یک میلیارد سال اول تاریخ کیهانی است و یک تیم بین‌المللی از اخترشناسان انجام شد. از آنجایی‌که نور برای رسیدن به ما زمان می‌برد، ما اجرام دور را همانطور که میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال پیش بوده‌اند، می‌بینیم.

برای اجرام دورتر، به اصطلاح انتقال به سرخ کیهانی، ناشی از انبساط کیهانی، نور آنها را به طول موج‌های بسیار طولانی‌تر از طول موج‌هایی که نور در آن منتشر شده است، منتقل می‌کند. بانادوس و تیمش از این واقعیت بهره بردند و به‌طور سیستماتیک به دنبال اجسامی بودند که آنقدر به سرخ منتقل شده بودند که حتی در نور مرئی معمول (در این مورد، بررسی میراث انرژی تاریک) ظاهر نمی‌شدند، اما منابع درخشانی در یک بررسی رادیویی (بررسی 3 گیگاهرتزی VLASS) بودند.

سفری یک میلیارد ساله در فضا

از بین 20 نامزدی که هر دو معیار را برآورده می‌کردند، فقط یکی به نام J0410-0139 معیار اضافی نشان دادن نوسانات روشنایی قابل توجه در رژیم رادیویی را برآورده ساخت – این احتمال را مطرح کرد که این یک بِلِیْزِر باشد. سپس محققان با استفاده از مجموعه‌ای فوق‌العاده بزرگ از تلسکوپ‌ها، از جمله مشاهدات نزدیک به فروسرخ با تلسکوپ فناوری جدید ESO (NTT)، طیفی با تلسکوپ بسیار بزرگ ESO (VLT)، طیف‌های نزدیک به فروسرخ اضافی با LBT، یکی از تلسکوپ‌های کک و تلسکوپ ماژلان، تصاویر اشعه ایکس از هر دو تلسکوپ فضایی XMM-Newton ESA و تلسکوپ فضایی چاندرا ناسا، مشاهدات موج میلیمتری با آرایه‌های ALMA و NOEMA، و مشاهدات رادیویی دقیق‌تر با تلسکوپ‌های VLA رصدخانه ملی رادیویی ایالات متحده، به بررسی دقیق‌تر پرداختند تا وضعیت جسم را به عنوان یک هسته‌ی فعال کهکشانی و به طور خاص یک بِلِیْزِر تأیید کنند.

این مشاهدات همچنین فاصله هسته‌ی فعال کهکشانی (از طریق انتقال به سرخ) را مشخص کرد و حتی آثاری از کهکشان میزبان را که هسته‌ی فعال کهکشانی در آن جاسازی شده است، پیدا کرد. نور آن هسته‌ی فعال کهکشانی 12.9 میلیارد سال طول کشیده تا به ما برسد (z=6.9964)، و اطلاعاتی را در مورد جهان همانطور که 12.9 میلیارد سال پیش بوده است، حمل می‌کند.

“جایی که یکی هست، صدتای دیگر هم هست”

به گفته بانادوس، “این واقعیت که J0410-0139 یک بِلِیْزِر است، یک جت که به‌طور اتفاقی مستقیماً به سمت زمین نشانه رفته است، پیامدهای آماری فوری دارد. به عنوان یک قیاس واقعی، تصور کنید که در مورد کسی می‌خوانید که 100 میلیون دلار در یک قرعه‌کشی برنده شده است. با توجه به اینکه چنین بردی چقدر نادر است، می‌توانید بلافاصله نتیجه بگیرید که افراد بسیار بیشتری در آن قرعه‌کشی شرکت کرده‌اند، اما چنین مبلغ گزافی را برنده نشده‌اند. به طور مشابه، یافتن یک هسته‌ی فعال کهکشانی با یک جت که مستقیماً به سمت ما نشانه رفته است، نشان می‌دهد که در آن زمان، هسته‌های فعال کهکشانی بسیار بیشتری در آن دوره از تاریخ کیهانی با جت‌هایی وجود داشته‌اند که به سمت ما نشانه نرفته‌اند.”

به طور خلاصه، به قول سیلویا بلادیتا، محقق فوق دکترا در MPIA و نویسنده مشترک این مقاله:

جایی که یکی هست، صدتای دیگر هم هست!

یک قرعه‌کشی کیهانی با پیامدهای عظیم

نور رکورددار قبلی دورترین بِلِیْزِر حدود 100 میلیون سال کمتر طول کشیده تا به ما برسد (z=6.1). 100 میلیون سال اضافی ممکن است در مقایسه با این واقعیت که ما بیش از 12 میلیارد سال به عقب نگاه می‌کنیم، کوتاه به نظر برسد، اما تفاوت اساسی ایجاد می‌کند. این زمانی است که جهان به سرعت در حال تغییر است.

در آن 100 میلیون سال، یک سیاهچاله اَبَر جرم می‌تواند جرم خود را به یک مرتبه افزایش دهد. بر اساس مدل‌های فعلی، تعداد هسته‌های فعال کهکشانی باید در آن 100 میلیون سال پنج تا ده برابر افزایش یافته باشد.

یافتن اینکه چنین بِلِیْزِری 12.8 میلیارد سال پیش وجود داشته است، غیرمنتظره نخواهد بود. یافتن اینکه چنین بِلِیْزِری 12.9 میلیارد سال پیش وجود داشته است، همانطور که در این مورد وجود دارد، موضوع کاملاً متفاوتی است.

کمک به رشد سیاه‌چاله‌ها از 12.9 میلیارد سال پیش

وجود جمعیتی کامل از هسته‌های فعال کهکشانی (AGN) با جت در آن زمان خاصِ اولیه، پیامدهای قابل‌توجهی برای تاریخ کیهانی و رشد سیاه‌چاله‌های ابرجرم در مراکز کهکشان‌ها به طور کلی دارد. سیاه‌چاله‌هایی که هسته‌های فعال کهکشانی‌شان جت دارند، می‌توانند به طور بالقوه سریع‌تر از سیاه‌چاله‌های بدون جت جرم به دست آورند.

برخلاف باور عمومی، سقوط گاز به داخل یک سیاه‌چاله دشوار است. کار طبیعی گاز این است که به دور سیاه‌چاله بچرخد، شبیه به نحوه چرخش یک سیاره به دور خورشید، با افزایش سرعت با نزدیک شدن گاز به سیاه‌چاله (“قانون بقای تکانه زاویه‌ای”). برای اینکه گاز به داخل سقوط کند، باید سرعتش کم شود و انرژی از دست بدهد. میدان‌های مغناطیسی مرتبط با جت ذرات، که با دیسک چرخان گاز تعامل دارند، می‌توانند چنین “مکانیسم ترمزی” را فراهم کنند و به گاز کمک کنند تا به داخل سقوط کند.

این بدان معناست که پیامدهای این کشف جدید احتمالاً به یک عنصر اساسی در هر مدل آینده‌ی رشد سیاه‌چاله در جهان اولیه تبدیل خواهد شد: آن‌ها وجود فراوانی از هسته‌های فعال کهکشانی را در 12.9 میلیارد سال پیش نشان می‌دهند که جت داشتند، و بنابراین میدان‌های مغناطیسی مرتبطی داشتند که می‌توانند به رشد سیاه‌چاله‌ها با سرعت قابل توجهی کمک کنند.

منبع: Scitechdaily