جریان فوق‌سریع، دانشمندان را وادار کرد تا جرم درخشان‌ترین اختروش جهان را کمتر برآورد کنند

چراکه ما نمی‌توانیم به‌صورت مستقیم گذشته را ببینیم، بلکه تنها نور رسیده از میلیاردها سال پیش را بررسی می‌کنیم. بااین‌حال، گاهی ابزارهای پیشرفته‌تری ساخته می‌شوند که به پژوهشگران اجازه می‌دهند تا این فرضیات را تأیید یا اصلاح کنند. دقیقاً چنین اتفاقی به‌تازگی در مطالعه‌ی اختروش درخشان J0529 رخ داده است؛ اختروشی که در مرکز آن یک سیاهچاله‌ی ابرپرجرم قرار دارد و هم‌اکنون درخشان‌ترین اختروش شناخته‌شده در کل جهان به شمار می‌رود.

در پژوهشی تازه، گروهی بزرگ از دانشمندان با بهره‌گیری از ابزار GRAVITY+ بر روی تداخل‌سنج تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانه جنوبی اروپا (ESO’s Very Large Telescope Interferometer) موفق شدند ناحیه‌ی موسوم به «ناحیه‌ی خط پهن» (Broad Line Region – BLR) این جرم کیهانی را نقشه‌برداری کنند. این کار به آنان امکان داد تا جرم سیاهچاله‌ی مرکزی را با دقتی بی‌سابقه محاسبه کنند. نتیجه شگفت‌انگیز بود: جرم جدید حدود ده برابر کمتر از برآوردهای پیشین به‌دست آمد.

البته این بدان معنا نیست که این سیاهچاله کوچک است — برآورد تازه نشان می‌دهد جرم آن حدود ۸۰۰ میلیون برابر جرم خورشید ما است. اما چرا چنین اختلاف بزرگی میان مقدار قبلی یعنی ۱۰ میلیارد جرم خورشیدی و مقدار تازه وجود دارد؟ پاسخ در فناوری نهفته است. ابزار جدید تداخل‌سنج VLT فرضی را که گروه نخست از پژوهشگران در زمان کشف J0529 در سال ۲۰۲۴ پذیرفته بودند، رد کرد؛ فرضی که در بسیاری از مطالعات سیاهچاله‌ها نیز به‌طور گسترده استفاده می‌شد. این یافته، پیامدهای مهمی برای درک ما از اندازه‌ی سیاهچاله‌ها به‌ویژه در دوران نخستین کیهان دارد.

تا پیش از این، روشی استاندارد برای برآورد جرم سیاهچاله وجود داشت. دانشمندان معمولاً با اندازه‌گیری سرعت مداری گاز در قرص برافزایشیِ پیرامون سیاهچاله و در نظر گرفتن فاصله‌ی آن، جرم تقریبی را محاسبه می‌کردند. وقتی اختروش J0529 شناسایی شد، فاصله‌ی آن حدود ۱۲٫۵ میلیارد سال نوری برآورد شد — یعنی زمانی که خود جهان تنها ۱٫۵ میلیارد سال از عمرش گذشته بود. پژوهشگران با مشاهده‌ی پهنای خطوط نشریِ طیف نوریِ آن، سرعت مداری گاز را تخمین زدند.

خطوط نشری در واقع همان امضای طیفیِ نوری هستند که از گاز و غبار داغِ پیرامون سیاهچاله ساطع می‌شوند. فرض پایه‌ای این روش آن است که هرچه این خطوط «پهن‌تر» باشند، نشان‌دهنده‌ی سرعت بالاترِ چرخش گازهاست. زیرا بخشی از گاز در حال نزدیک شدن به ماست (آبی‌گرایی یا blueshift) و بخش دیگر در حال دور شدن (سرخ‌گرایی یا redshift) است. هرچه سرعت حرکت بیشتر باشد، جابه‌جایی خطوط طیفی بیشتر می‌شود و در نتیجه «پروفایل» طیفی پهن‌تر دیده می‌شود. ازآنجاکه خطوط نشریِ J0529 بسیار پهن بودند، پژوهشگران نتیجه گرفتند که گازها با سرعتی خارق‌العاده در مدارند و بنابراین جرم سیاهچاله‌ی مرکزی باید بسیار عظیم باشد تا بتواند چنین سرعتی ایجاد کند.

اما اکنون، با استفاده از ابزار GRAVITY+ که به‌صورت تداخل‌سنج عمل می‌کند و با ترکیب نور چهار تلسکوپ ۸ متری رصدخانه جنوبی اروپا یک تلسکوپ مجازی فوق‌قدرتمند می‌سازد، پژوهشگران توانستند مستقیماً ناحیه‌ی BLR پیرامون J0529 را مشاهده کنند. در این تصویر، آنان جت عظیمی از گاز را دیدند که با سرعتی حدود ۱۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه از سیاهچاله به بیرون پرتاب می‌شود.

در نگاه نخست، این موضوع متناقض به نظر می‌رسد؛ زیرا معمولاً گفته می‌شود سیاهچاله‌ها همه‌چیز را می‌بلعند و هیچ چیز از افق رویداد آن‌ها نمی‌گریزد. بااین‌حال، گرانش فوق‌العاده‌ی سیاهچاله می‌تواند آشفتگی شدیدی در مواد قرص برافزایشی ایجاد کند، به‌گونه‌ای که بخشی از ماده پیش از سقوط به درون افق رویداد، با سرعتی حیرت‌انگیز به بیرون رانده شود. این پدیده که «جت خروجی» نام دارد، می‌تواند بر محاسبات جرم سیاهچاله تأثیر بگذارد؛ زیرا سرعت مداری قرص برافزایشی یکی از پارامترهای اصلی در تعیین جرم است و وجود چنین جریان‌های خروجی می‌تواند این اندازه‌گیری‌ها را دچار انحراف کند.

در مورد J0529 دقیقاً همین اتفاق رخ داد. جت گازی با سرعت ۱۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه باعث شد خطوط طیفی به‌شدت پهن شوند، و پژوهشگران اولیه تصور کردند که این پهنا ناشی از سرعت بسیار زیاد حرکت مداری است، نه از جریان‌های خروجی که هیچ ارتباطی با جرم سیاهچاله ندارند. وقتی تیم جدید با GRAVITY+ توانست این جریان‌های خروجی را مستقیماً مشاهده کند، توانست سهم آن‌ها را از خطوط طیفی جدا کرده و مقدار واقعی پهنا را به‌دست آورد. در نتیجه، جرم محاسبه‌شده‌ی جدید تنها حدود ۱۰ درصد مقدار اولیه بود — یعنی ده برابر کمتر. با این وجود، J0529 هنوز یکی از عظیم‌ترین سیاهچاله‌های شناخته‌شده است.

این پژوهش همچنین به یکی از پرسش‌های بنیادی اخترفیزیک نیز نوری تازه می‌تاباند: چگونه سیاهچاله‌های ابرپرجرم می‌توانند تنها چند صد میلیون سال پس از مهبانگ (بیگ‌بنگ)، به جرم‌هایی میلیارد برابر خورشید برسند؟ مشاهدات نشان می‌دهد که جت‌های نیرومند J0529 حاصل فرآیندی موسوم به برافزایش فراتر از ادینگتون (Super-Eddington Accretion) هستند. در این حالت، نرخ برافزایش از «حد ادینگتون» فراتر می‌رود — یعنی از حداکثر نوری که یک جرم می‌تواند بدون آنکه فشار تابش، ماده‌ی اطرافش را پراکنده کند، تابش نماید.

یک سیاهچاله می‌تواند برای مدتی کوتاه از حد ادینگتون فراتر رود و سریع‌تر رشد کند، اما این رشد موقتی است. چراکه تابش شدید خود سیاهچاله در نهایت بخشی از ماده‌ی ورودی را به بیرون می‌دمد و مانع از ادامه‌ی رشد می‌شود. این جت‌های خروجی، علاوه بر تأثیر بر اندازه‌ی نهایی سیاهچاله، نقش مهمی در شکل‌گیری کهکشان‌ها نیز دارند. آن‌ها می‌توانند روند زایش ستارگان را در ناحیه‌ی اطراف متوقف کنند و حتی مواد را به بیرون از کهکشانِ میزبان پرتاب کرده و به نواحی میان‌کهکشانی منتقل نمایند.

با پیشرفت فناوری و ساخت تلسکوپ‌های قدرتمندتر، انسان می‌تواند نگاه دقیق‌تری به کهکشان‌های بسیار دور بیندازد و جزئیات بیشتری از رفتار سیاهچاله‌های ابرپرجرم به دست آورد. چنین داده‌هایی نه‌تنها به ما کمک می‌کنند فرضیات فعلی‌مان را درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری ساختارهای کیهانی بیازماییم، بلکه ممکن است دیدگاه‌های کاملاً تازه‌ای درباره‌ی تکامل جهان نیز ارائه دهند.

این چرخه‌ی شگفت‌انگیز — پیشرفت فناوری که به کشف‌های علمی جدید منجر می‌شود — از زیباترین نمونه‌های پیشرفت بشری است؛ چراکه هر ابزار تازه، پنجره‌ای نو به گذشته‌ی دور جهان می‌گشاید و ما را یک گام دیگر به درک رازهای عمیق کیهان نزدیک‌تر می‌کند.