پروژهای که با استفاده از دادههای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به شناسایی کهکشانها در دورهی «سپیدهدم کیهانی» میپردازد. این بازهی کیهانی کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگ رخ داده و زمان شکلگیری نخستین کهکشانهای جهان است. در یک مطالعهی تازه، تیم CAPERS وجود یک سیاهچاله در مرکز کهکشانی با نام CAPERS-LRD-z9 را تأیید کرد که حدود ۱۳.۳ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد.
این کشف، قدیمیترین سیاهچالهای است که تاکنون بهطور قطعی مشاهده شده و فرصتی کمنظیر برای مطالعهی تکامل سیاهچالهها و ساختار کیهان در نخستین دورههای آن فراهم میکند. این پژوهش به سرپرستی آنتونی جی. تیلور، پژوهشگر پسادکترا در مرکز مرزهای کیهان دانشگاه تگزاس در آستین، و با همکاری چندین عضو کنسرسیوم CAPERS انجام شد. نتایج در ۶ اوت در نشریهی Astrophysical Journal Letters منتشر گردید.
از دههی ۱۹۷۰، دانشمندان دریافتند که اغلب کهکشانهای عظیم در مرکز خود یک سیاهچالهی ابرپرجرم (SMBH) دارند. این کشف توضیح داد چرا نواحی مرکزی برخی کهکشانها گاهوبیگاه چنان درخشان میشوند که تمام ستارگان قرص آنها را تحتالشعاع قرار میدهند. این پدیده به عنوان هستههای فعال کهکشانی (AGN) شناخته شد. اکنون، با تواناییهای تلسکوپ جیمز وب، ستارهشناسان برای نخستین بار امکان مشاهدهی «دانهها» یا نیاکان اولیهی این اجرام غولپیکر و بررسی نقش آنها در تکامل کهکشانها را دارند.
اعتبار تصویر: ناسا/ESA/CSA/STScI/دیل کوچفسکی (کالج کلبی).
کهکشان CAPERS-LRD-z9 ابتدا در پیمایش PRIMER با استفاده از دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) و ابزار فروسرخ میانی (MIRI) جیمز وب شناسایی شد. این کهکشان به دستهی تازهای از کهکشانها موسوم به نقاط قرمز کوچک (Little Red Dots) تعلق دارد که حدود ۱.۵ میلیارد سال پس از مهبانگ وجود داشتهاند، بسیار فشرده، سرخ و بهطور غیرمنتظرهای درخشان هستند. در رصدهای پیگیری، تیم CAPERS با بهرهگیری از طیفسنج فروسرخ نزدیک (NIRSpec) و انجام طیفسنجی منشوری، نشانههای آشکار گازهای پرسرعت را تشخیص داد.
هنگامی که گاز و غبار به گرد یک سیاهچاله میچرخند و به درون آن کشیده میشوند، به سرعتهای نسبیتی (نزدیک به سرعت نور) میرسند. گاز دورشونده نسبت به ابزار ما به سمت طیف سرخ جابهجا میشود و گاز نزدیکشونده به سمت طولموجهای آبی. با بررسی این امضاهای طیفی در CAPERS-LRD-z9، تیم پژوهشی دریافت که هر دو نوع جابهجایی وجود دارد، و بدین ترتیب وجود یک سیاهچاله در فاصله ۱۳.۳ میلیارد سال نوری تأیید شد. در حالی که کاندیداهای دورتری هم شناسایی شدهاند، هیچیک تا کنون چنین امضای طیفی مشخصی از یک سیاهچاله را نداشتند.
تیلور در بیانیهای گفت: «وقتی دنبال سیاهچالهها هستید، این تقریباً دورترین نقطهای است که میتوان به آن رسید. ما مرزهای فناوری کنونی را به نهایت رساندهایم.» مارک دیکینسون، سرپرست تیم CAPERS نیز افزود: «هدف نخست CAPERS تأیید و مطالعهی دورترین کهکشانهاست و طیفسنجی JWST کلید تأیید فاصله و شناخت ویژگیهای فیزیکی آنهاست.»
اعتبار تصویر: ناسا/ESA/CSA/ISTA/دانشگاه ETH زوریخ/رصدخانه ملی نجوم ژاپن (NAOJ).
وجود یک دانهی SMBH در مرکز CAPERS-LRD-z9 فرصتی منحصر بهفرد فراهم میکند. این کهکشان از فرضیهای پشتیبانی میکند که درخشش غیرمنتظرهی نقاط قرمز کوچک نه به وفور ستارگان، بلکه به حضور سیاهچالهها مربوط است؛ فرضیهای که با مدلهای فعلی سازگارتر است، زیرا این کهکشانها زمان کافی برای تشکیل چنین تعداد زیادی ستاره نداشتهاند. سیاهچالهها با فشرده کردن گاز و غبار، انرژی عظیمی به صورت نور و گرما آزاد میکنند که عامل این درخشندگی است.
تأیید وجود این سیاهچاله همچنین میتواند توضیحی برای رنگ سرخ ویژهی کهکشانهای LRD باشد که احتمالاً ناشی از وجود ابر غلیظی از غبار پیرامون سیاهچاله است؛ مشابه آنچه در کهکشانهای جدیدتر دیده میشود. اندازهی این سیاهچاله—تا ۳۰۰ میلیون برابر جرم خورشید—نیز شگفتانگیز است و تقریباً نصف جرم همهی ستارگان قرص آن کهکشان را شامل میشود، مشابه دیگر دانههای SMBH در کهکشانهای کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگ.
این یافته پرسشی اساسی را پیش میکشد: چگونه این سیاهچالهها در مدت کوتاهی به چنین جرم عظیمی رسیدهاند؟ به گفتهی استیون فینکلشتاین، یکی از نویسندگان و مدیر مرکز مرزهای کیهان: «این یافته شواهد بیشتری ارائه میدهد که سیاهچالههای اولیه بسیار سریعتر از آنچه فکر میکردیم رشد کردهاند—یا اینکه از ابتدا بسیار پرجرمتر از پیشبینی مدلهای ما بودهاند.»
تیم پژوهشی قصد دارد دادههای دقیقتری از CAPERS-LRD-z9 گردآوری کند تا نقش سیاهچالهها را در شکلگیری کهکشانهای نخستین بهتر درک کند. تیلور گفت: «این یک جرم آزمایشی عالی برای ماست. ما تا همین اواخر امکان مطالعهی تکامل سیاهچالههای اولیه را نداشتیم و هیجانزدهایم که ببینیم از این جرم منحصربهفرد چه میتوانیم بیاموزیم.»
