یک سیاهچاله عظیم در اوایل عمر جهان، با توجه به سنش، بسیار بزرگتر از آن چیزی است که انتظار میرفت. این موضوع باعث شده دانشمندان به این فکر بیفتند که شاید راه دیگری برای شکلگیری سیاهچالهها وجود داشته باشد.
در سال ۱۴۰۲، اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و رصدخانه پرتو ایکس چاندرا، کهکشان UHZ1 را کشف کردند؛ خانهی سیاهچالهای غولآسا که در زمانی وجود داشته که جهان تنها ۴۷۰ میلیون سال سن داشته است.
سیاهچاله UHZ1 حدود ۴۰ میلیون برابر جرم خورشید جرم دارد. هرچند این مقدار بسیار کمتر از جرم بزرگترین سیاهچالههای کلانجرم است، اما برای زمانی به این زودی در تاریخ کیهان، عدد بسیار بزرگی است.
در واقع، این سیاهچاله بیشازحد بزرگ است. تنها راه شناختهشده برای تشکیل سیاهچالهها، مرگ ستارگان پرجرم است. وقتی چنین ستارههایی میمیرند، سیاهچالههایی به جا میگذارند که حداکثر چند ده برابر جرم خورشید هستند. از آنجا، این سیاهچالهها میتوانند با بلعیدن مادهی اطراف و ادغام با سیاهچالههای دیگر، به سیاهچالههایی عظیم تبدیل شوند.
همه اینها منطقی است، اما مشکل سیاهچاله UHZ1 و برخی دیگر از نمونههای مشابه این است که زمان کافی برای تبدیل از یک بذر کوچک به یک غول کلانجرم وجود ندارد. رشد سیاهچالهها بهواسطه چیزی به نام نرخ ادینگتون محدود میشود. وقتی ماده به درون سیاهچاله سقوط میکند، فشرده میشود، داغ میشود و تابش از خود منتشر میکند. این تابش مانع از ورود سریعتر مادهی بیشتر میشود؛ مانند یک دریچهی طبیعی که رژیم غذایی سیاهچاله را در حد متعادل نگه میدارد.
برای اینکه UHZ1 از یک سیاهچالهی ستارهای بهوجود آمده باشد، باید ماده را با سرعتی بالاتر از حد مجاز نرخ ادینگتون جذب کرده باشد. گرچه در شرایط خاص میتوان این محدودیت را شکست، اما برای اینکه این فرایند بیش از ۱۰۰ میلیون سال ادامه پیدا کند، نیاز به شرایطی دارد که بسیار بعید به نظر میرسد.
بنابراین شاید UHZ1 از مرگ یک ستاره بهوجود نیامده باشد. شاید چیزی بزرگتر بهتنهایی فروریخته تا بذر سیاهچالهای بزرگی بسازد که بتواند در مدتزمان کوتاهی به حالت کلانجرم رشد کند.
اما در اوایل جهان، شرایط بسیار سادهای حکمفرما بود. نه ستارهای وجود داشت، نه کهکشانی و نه حتی عناصر سنگین. فقط ابرهای عظیم هیدروژن و هلیوم خالص در فضا شناور بودند و بهآرامی در حال شکل دادن به جهان پیچیده و غنی امروزی بودند.
اخترفیزیکدانان به این فکر افتادند که شاید این ابرهای بزرگ گاز بتوانند بهتنهایی فروبریزند. نکتهی کلیدی، گرم نگهداشتن این ابرهاست. اگر خیلی زود سرد شوند، بهجای اینکه بهصورت یک تودهی یکپارچه فروبریزند، به قطعات کوچکتری تقسیم میشوند و مجموعهای از ستارههای معمولی را شکل میدهند.
عناصر سنگینتر از هلیوم، که در زبان اخترشناسی «فلزات» نامیده میشوند، در سرد کردن گازها بسیار کارآمد هستند، چرا که میتوانند در طولموجهای متنوعی تابش کنند. اما این فلزات در جهان اولیه وجود نداشتند. هیدروژن مولکولی هم میتواند این نقش را ایفا کند. اما اگر تابش فرابنفش (UV) کافی در اطراف این ابرهای گازی باشد، این تابش میتواند مولکولها را بشکند و هیدروژن را در حالت اتمی نگه دارد.
اگر شرایط بهدرستی مهیا باشد، این ابر گازی میتواند به ساختاری ستارهمانند و بسیار عظیم فروبپاشد که بیش از ۱۰ هزار برابر جرم خورشید وزن دارد. بلافاصله، در مرکز آن سیاهچالهای تشکیل میشود که شروع به بلعیدن مادهی اطراف کرده و بهسرعت جرمش به بیش از هزار یا حتی ده هزار برابر جرم خورشید میرسد.
اما یک مشکل وجود دارد: ما نمیدانیم در جهان اولیه چگونه میتوان مقدار زیادی تابش فرابنفش تولید کرد. منبع اصلی این تابشها، ستارگان هستند — و در آن زمان هنوز ستارهای وجود نداشت.
در سالهای اخیر، اخترفیزیکدانان پیشنهادهای مختلفی برای گرم نگهداشتن این ابرهای گازی ارائه کردهاند. برخی نظریهها بر پایهی نخستین ستارگان در سپیدهدم کیهانی است که میتوانند تودههای اطراف را گرم کنند. برخی دیگر عجیبترند و به اشکال فرضی از ماده تاریک اشاره دارند که ممکن است در روزهای نخست جهان به تابش تبدیل شده باشند.
در نهایت، ما هنوز نمیدانیم که سیاهچالههای عظیم چگونه توانستهاند در آغاز کیهان اینقدر بزرگ شوند. شاید ناشی از فروریزش مستقیم بوده، شاید نتیجه فرایندی ناشناخته، یا شاید چیزی که هنوز کشف نکردهایم. اما همینجاست که ابزارهایی مثل تلسکوپ جیمز وب نقش خود را ایفا میکنند: آنها برای ما معما میسازند، اما امیدواریم که به حل این معماها نیز کمک کنند.
