برای نخستین بار در تاریخ نجوم، ستارهشناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب موفق شدهاند جرم یک سیاهچاله کلانجرم خاموش را در فاصلهای بیش از ۱۰ میلیارد سال نوری اندازهگیری کنند. این دستاورد علمی نهتنها یک موفقیت بزرگ در مطالعه سیاهچالهها محسوب میشود، بلکه رکورد قبلی اندازهگیری جرم سیاهچالهها از طریق روش پویایی ستارهای را نیز با اختلافی چشمگیر جابهجا کرده است. در واقع این اندازهگیری در فاصلهای حدود ۱۵ برابر دورتر از رکورد پیشین انجام شده و مرزهای دانش بشر در زمینه مطالعه اجرام فوقالعاده دوردست کیهانی را به شکل قابل توجهی گسترش داده است.
این سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشانی با نام MRG-M0138 قرار دارد؛ کهکشانی که در اعماق کیهان پنهان شده و نور آن بیش از ۱۰ میلیارد سال در فضا سفر کرده تا به زمین برسد. بر اساس نتایج این پژوهش، جرم این سیاهچاله حدود شش میلیارد برابر جرم خورشید برآورد شده است. چنین جرمی آن را در رده غولهای واقعی کیهانی قرار میدهد و فرصتی کمنظیر را برای دانشمندان فراهم میکند تا شرایط جهان را در زمانی بررسی کنند که تنها حدود یکچهارم سن کنونی خود را داشت.
این مطالعه که نتایج آن در تاریخ ۴ ژوئن ۲۰۲۶ در نشریه معتبر Science منتشر شد، توسط گروهی از پژوهشگران به سرپرستی اندرو نیومن از مؤسسه علوم کارنگی و با همکاری ریچارد الیس از دانشگاه کالج لندن انجام شده است. دانشمندان در این تحقیق کهکشان MRG-M0138 را در انتقال به سرخ یا Redshift برابر با ۱.۹۵ مورد بررسی قرار دادند. این مقدار انتقال به سرخ نشان میدهد که نور مشاهدهشده مربوط به زمانی است که جهان تنها حدود سه میلیارد سال سن داشت؛ یعنی در مقایسه با سن کنونی جهان که حدود ۱۳.۸ میلیارد سال برآورد میشود، این مشاهدات پنجرهای رو به گذشته بسیار دور کیهان باز میکند.
یکی از شگفتانگیزترین نتایج این پژوهش آن است که هم سیاهچاله و هم کهکشان میزبان آن در حالت کاملاً خاموش قرار دارند. در این کهکشان نشانهای از شکلگیری ستارگان جدید مشاهده نشده و همچنین سیاهچاله مرکزی نیز هیچ مادهای را به درون خود جذب نمیکند. این وضعیت در نجوم به عنوان حالت سکون یا خاموشی شناخته میشود و مطالعه چنین سامانههایی میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره تکامل کهکشانها در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
محققان معتقدند علت این خاموشی دوگانه به گذشته بسیار فعال این سیاهچاله بازمیگردد. بر اساس مدلهای ارائهشده، این سیاهچاله احتمالاً در گذشته وارد مرحلهای بسیار پرانرژی به نام فاز اختروش یا Quasar شده بود. اختروشها از درخشانترین اجرام شناختهشده در جهان هستند و زمانی شکل میگیرند که مقدار عظیمی از گاز و غبار به سمت سیاهچاله سقوط کند. در چنین شرایطی انرژی فوقالعاده زیادی آزاد میشود که میتواند بر کل کهکشان تأثیر بگذارد.
دانشمندان بر این باورند که در دوره فعالیت شدید این سیاهچاله، مقدار عظیمی از انرژی و تابش به اطراف منتشر شده و گازهای موجود در کهکشان را به بیرون رانده است. این گازها همان موادی هستند که برای شکلگیری ستارگان جدید ضروریاند. در نتیجه، زمانی که این مواد از کهکشان خارج شدند، فرآیند تولد ستارگان نیز متوقف شد. از سوی دیگر، خود سیاهچاله نیز پس از مصرف بخش بزرگی از مواد اطرافش، دیگر سوخت کافی برای ادامه فعالیت نداشت و به تدریج وارد مرحله خاموشی شد.
به همین دلیل امروزه دانشمندان با سامانهای روبهرو هستند که هم سیاهچاله مرکزی آن خاموش است و هم کهکشان میزبان آن دیگر ستاره جدیدی تولید نمیکند. چنین وضعیتی نمونهای بسیار ارزشمند برای مطالعه اثر متقابل سیاهچالههای کلانجرم و کهکشانهای میزبان آنها به شمار میرود.
برخلاف سیاهچالههای فعال که به دلیل جذب مواد و انتشار انرژی قابل مشاهده هستند، یک سیاهچاله خاموش هیچ تابش قابل تشخیصی از خود ساطع نمیکند. در واقع چنین سیاهچالهای به طور مستقیم دیده نمیشود و تنها از طریق اثرات گرانشی آن بر محیط اطراف میتوان وجودش را تشخیص داد. این مسئله اندازهگیری جرم سیاهچالههای خاموش را به کاری بسیار دشوار تبدیل میکند؛ بهویژه زمانی که فاصله آنها میلیاردها سال نوری باشد.
برای حل این مشکل، دانشمندان از روشی به نام پویایی ستارهای یا Stellar Dynamics استفاده کردند. در این روش، سرعت حرکت ستارگان نزدیک به مرکز کهکشان اندازهگیری میشود. هرچه جرم سیاهچاله بیشتر باشد، نیروی گرانشی آن نیز قویتر خواهد بود و در نتیجه ستارگان اطراف با سرعت بیشتری حرکت خواهند کرد. با تحلیل دقیق این سرعتها میتوان جرم جسم نامرئی مرکزی را محاسبه کرد.
اجرای این روش در فاصلهای بیش از ۱۰ میلیارد سال نوری در شرایط عادی تقریباً غیرممکن به نظر میرسید. اما طبیعت خود راهحلی شگفتانگیز در اختیار دانشمندان قرار داد. میان زمین و کهکشان MRG-M0138 یک خوشه کهکشانی عظیم قرار دارد که مانند یک عدسی گرانشی عمل میکند.
عدسی گرانشی پدیدهای است که بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین رخ میدهد. طبق این نظریه، اجرام بسیار پرجرم میتوانند فضا و زمان را خم کنند. هنگامی که نور اجرام دوردست از کنار چنین اجرامی عبور میکند، مسیر آن خم میشود و تصویر جسم دوردست بزرگتر و روشنتر به نظر میرسد.
در این مورد خاص، خوشه کهکشانی میانراه توانسته تصویر کهکشان MRG-M0138 را حدود ۳۰ برابر بزرگتر کند. این بزرگنمایی طبیعی نقش بسیار مهمی در موفقیت این پژوهش داشته است، زیرا بدون آن مشاهده جزئیات حرکات ستارهای در چنین فاصلهای تقریباً غیرممکن بود.
پس از بهرهگیری از این اثر طبیعی، دانشمندان از ابزار پیشرفته طیفسنج میدان انتگرالی NIRSpec موجود بر روی تلسکوپ فضایی جیمز وب استفاده کردند. این ابزار یکی از پیچیدهترین سامانههای علمی نصبشده روی جیمز وب است و توانایی تجزیه نور اجرام دوردست به طول موجهای مختلف را دارد. با استفاده از این فناوری، پژوهشگران توانستند حرکت ستارگان موجود در اطراف هسته کهکشان را با دقتی بیسابقه اندازهگیری کنند.
نتیجه این مشاهدات رکوردی تاریخی در علم نجوم بود. تا پیش از این، اندازهگیری جرم سیاهچالهها از طریق روش پویایی ستارهای تنها در فواصل بسیار نزدیکتر امکانپذیر بود. اما اکنون تلسکوپ جیمز وب توانسته این مرز را حدود ۱۵ برابر افزایش دهد و نشان دهد که مطالعه مستقیم سیاهچالههای خاموش در اعماق کیهان نیز امکانپذیر است.
این موفقیت اهمیت بسیار زیادی برای آینده تحقیقات نجومی دارد. اکنون دانشمندان میتوانند به مطالعه تعداد بیشتری از سیاهچالههای کلانجرم در دوران اولیه جهان بپردازند و بهتر درک کنند که این اجرام چگونه رشد کردهاند، چگونه بر تکامل کهکشانهای میزبان خود تأثیر گذاشتهاند و چه نقشی در شکلگیری ساختارهای بزرگ کیهانی ایفا کردهاند.
به طور کلی، این کشف نهتنها قدرت خارقالعاده تلسکوپ فضایی جیمز وب را بار دیگر به نمایش میگذارد، بلکه گامی بزرگ در مسیر درک تاریخ اولیه جهان محسوب میشود. اندازهگیری جرم یک سیاهچاله خاموش با جرم شش میلیارد برابر خورشید در فاصلهای بیش از ۱۰ میلیارد سال نوری نشان میدهد که بشر اکنون بیش از هر زمان دیگری قادر است به گذشتههای بسیار دور کیهان نگاه کند و اسرار نهفته در اعماق جهان را آشکار سازد.
