سیاهچاله‌ای با قدرت بلعندگی فراتر از ۴۰ برابر حد تئوریک: مرزهای جدید در کیهان‌شناسی

این کهکشان در مرکز مجموعه‌ای به نام LID-568 قرار دارد و تنها ۱.۵ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ مشاهده شده است. این کهکشان با سرعتی بیش از ۴۰ برابر حد تئوریک ادینگتون، مواد را به بیرون می‌راند.

ما هرگز چیزی مشابه این مشاهده نکرده‌ایم. این کشف می‌تواند به درک یکی از بزرگ‌ترین اسرار کیهان اولیه کمک کند: چگونگی رشد سریع و بزرگ شدن سیاه‌چاله‌های کلان جرم در مدت کوتاهی پس از انفجار بزرگ.

جولیا شارواختر، ستاره‌شناس رصدخانه جمینی و NOIRLab بنیاد ملی علوم، می‌گوید: «این سیاه‌چاله در حال بلعیدن مواد است. این مورد شدید نشان می‌دهد که تغذیه سریع و فراتر از حد ادینگتون می‌تواند دلیلی برای وجود این سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ در کیهان اولیه باشد.»

حد ادینگتون به عنوان نتیجه‌ای از فرآیند جمع‌آوری مواد توسط سیاه‌چاله در نظر گرفته می‌شود. زمانی که یک سیاه‌چاله مقادیر زیادی ماده جذب می‌کند، این مواد به‌جای سقوط مستقیم در چاه گرانشی، ابتدا در یک دیسک به دور سیاه‌چاله می‌چرخند. فقط موادی که به لبه داخلی دیسک می‌رسند، وارد سیاه‌چاله می‌شوند.

اصطکاک و گرانش موجود در دیسک باعث داغ شدن مواد و تابش نور از آنها می‌شود. این تابش نوعی فشار ایجاد می‌کند که مانع از نزدیک‌تر شدن مواد به سیاه‌چاله می‌شود. این پدیده به حد ادینگتون معروف است.

برافزایش فراتر از حد ادینگتون نیز ممکن است رخ دهد. این حالت که برافزایش ابر ادینگتون نامیده می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که سیاه‌چاله با شدت زیادی مواد را جمع می‌کند و پیش از تحت فشار قرار گرفتن توسط تشعشع، مواد زیادی را جذب می‌کند. این یکی از تئوری‌هایی است که می‌تواند توضیح دهد چرا سیاه‌چاله‌های کلان جرم در کیهان اولیه به سرعت رشد می‌کنند.

تیمی به سرپرستی ستاره‌شناس هیون سو از رصدخانه جمینی و NOIRLab با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب و ابزار NIRSpec مشاهدات دقیق‌تری انجام دادند. آنها توانستند موقعیت کهکشان LID-568 را در فضا-زمان تعیین کنند. این کهکشان کم‌نور و تشخیص آن دشوار بود، اما با ابزار پیشرفته JWST، موقعیت آن به‌دقت ثبت شد.

فاصله دور LID-568 شگفت‌انگیز است. با اینکه کهکشان از نظر ظاهری کم‌نور است، به دلیل فاصله زیاد، باید ذاتاً بسیار پرنور باشد. مشاهدات نشان داد که سیاه‌چاله در مرکز آن با نرخ بسیار بالایی مواد را جذب کرده و خروجی‌هایی قدرتمند از خود به بیرون می‌راند.

تحلیل دقیق داده‌ها نشان داد که این سیاه‌چاله کلان جرم، در مقایسه با سیاه‌چاله‌های مشابه، نسبتاً کوچک و حدود ۷.۲ میلیون برابر جرم خورشید است. با این حال، میزان تابش تولید شده به مراتب بیشتر از آن چیزی بود که از چنین سیاه‌چاله‌ای انتظار می‌رفت، نشان‌دهنده تغذیه با نرخ ۴۰ برابر بیشتر از حد ادینگتون.

این مشاهدات نشان می‌دهد که دوره‌های برافزایش ابر ادینگتون کوتاه هستند و تیم تحقیقاتی بسیار خوش‌شانس بوده‌اند که این پدیده را ثبت کرده‌اند. این کهکشان احتمالاً به یکی از اهداف مهم تحقیقات آتی در زمینه سیاه‌چاله‌ها تبدیل خواهد شد.

مطالعات بیشتر می‌تواند به درک بهتر کیهان اولیه کمک کند. برخی از شواهد حاکی از آن است که اولین سیاه‌چاله‌های کلان جرم از فروپاشی توده‌های بزرگ گاز تشکیل شده‌اند و نه ستاره‌های معمولی. این سیاه‌چاله‌ها با سرعت بالا رشد کرده و به غول‌های کیهانی امروز تبدیل شده‌اند. برافزایش ابر ادینگتون می‌تواند یکی از قطعات این پازل باشد.

هیون سو می‌گوید: «کشف برافزایش فراتر از حد ادینگتون نشان می‌دهد که بخش مهمی از رشد جرم سیاه‌چاله می‌تواند در دوره‌های کوتاه تغذیه سریع رخ دهد، بدون توجه به منشأ جرم سیاه‌چاله.»

نتیجه گیری

کشف کهکشان LID-568 و برافزایش فوق‌العاده ادینگتون در سیاه‌چاله مرکز آن، درک ما از چگونگی رشد سریع سیاه‌چاله‌های کلان جرم در کیهان اولیه را متحول می‌کند. این یافته‌ها به دانشمندان کمک می‌کنند تا نظریه‌های جدیدی درباره نحوه شکل‌گیری و رشد این اجرام عظیم در مراحل ابتدایی جهان ارائه دهند. ادامه تحقیقات و مشاهدات دقیق‌تر می‌تواند اطلاعات بیشتری درباره ساختار و تکامل سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها در اختیار ما بگذارد و دیدگاه بهتری نسبت به تاریخچه کیهان ارائه کند

سوالات متداول