ستارهشناسان بهتازگی موفق به انجام دستاوردی کمسابقه و بسیار هیجانانگیز در علم نجوم شدهاند؛ آنها توانستهاند جرم یک سیاهچاله خفته را در فاصلهای بیش از ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین اندازهگیری کنند. این کشف با کمک تلسکوپ فضایی جیمز وب انجام شده و از این جهت اهمیت ویژهای دارد که سیاهچالههای خفته یا غیرفعال معمولاً بسیار دشوارتر از سیاهچالههای فعال شناسایی میشوند. این جرم عظیم در مرکز کهکشانی به نام MRG-M0138 قرار دارد و اکنون به عنوان دوردستترین سیاهچاله خفته شناختهشده در جهان ثبت شده است. فاصله این سیاهچاله از زمین حدود ۱۵ برابر بیشتر از رکورد قبلی در این زمینه است و همین موضوع ارزش علمی کشف را چندین برابر میکند.
آنچه این کشف را شگفتانگیزتر میسازد، جرم فوقالعاده بالای این سیاهچاله است. برآوردها نشان میدهند که جرم آن حدود شش میلیارد برابر جرم خورشید است. چنین جرمی برای سیاهچالهای که در دورههای اولیه تاریخ کیهان وجود داشته، توجه بسیاری از پژوهشگران را جلب کرده است. در واقع نوری که امروز از این کهکشان به ما میرسد مربوط به زمانی است که جهان تنها حدود سه میلیارد سال سن داشت. از آنجا که عمر فعلی جهان حدود ۱۳.۸ میلیارد سال برآورد میشود، این کشف به دانشمندان امکان میدهد نگاهی مستقیم به دوران جوانی کیهان بیندازند و روند شکلگیری ساختارهای عظیم کیهانی را بهتر درک کنند.
این پژوهش توسط تیمی به سرپرستی Andrew Newman از مؤسسه علوم کارنگی انجام شده و نتایج آن در مجله علمی Science منتشر شده است. پژوهشگران توضیح میدهند که سیاهچالههای خفته برخلاف همتایان فعال خود تقریباً نامرئی هستند، زیرا مواد اطراف خود را با سرعت زیاد نمیبلعند و در نتیجه تابشهای قدرتمند و قابلتشخیص تولید نمیکنند. سیاهچالههای فعال معمولاً با انتشار مقادیر عظیمی از انرژی و تابشهای الکترومغناطیسی شناخته میشوند، اما سیاهچالههای خفته چنین نشانههایی ندارند و همین موضوع شناسایی آنها را به کاری بسیار پیچیده تبدیل میکند.
برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی از طیفسنج فروسرخ تلسکوپ جیمز وب استفاده کرد. این ابزار پیشرفته به دانشمندان اجازه داد حرکت ستارگان اطراف سیاهچاله را با دقت بسیار بالایی بررسی کنند. پژوهشگران به جای مشاهده مستقیم خود سیاهچاله، تأثیر گرانش آن بر ستارگان نزدیک را اندازهگیری کردند. هرچه جرم سیاهچاله بیشتر باشد، حرکت ستارگان اطراف آن نیز بیشتر تحت تأثیر قرار میگیرد. با تحلیل این حرکات، دانشمندان توانستند جرم تقریبی این جرم کیهانی عظیم را محاسبه کنند. این روش پیش از این عمدتاً برای کهکشانهای نسبتاً نزدیک به راه شیری مورد استفاده قرار میگرفت و بهکارگیری آن در چنین فاصله عظیمی یک دستاورد فنی و علمی مهم محسوب میشود.
یکی از عوامل کلیدی که این کشف را امکانپذیر کرد، یک پدیده جالب کیهانی به نام عدسی گرانشی بود. در مسیر نور این کهکشان دوردست، یک خوشه کهکشانی بزرگ قرار گرفته است. گرانش بسیار قوی این خوشه مانند یک ذرهبین طبیعی عمل کرده و تصویر کهکشان MRG-M0138 را بزرگتر کرده است. بر اساس محاسبات، این اثر باعث شده تصویر کهکشان حدود ۳۰ برابر بزرگتر از اندازه واقعی آن دیده شود. بدون این بزرگنمایی طبیعی، بررسی دقیق ستارگان اطراف سیاهچاله و اندازهگیری جرم آن با فناوریهای کنونی بسیار دشوار یا حتی غیرممکن بود.
در مطالعات پیشین مشخص شده بود که میان جرم سیاهچالههای مرکزی و ویژگیهای ستارگان اطراف آنها در کهکشانهای نزدیک رابطهای قوی وجود دارد. به بیان دیگر، هرچه کهکشان بزرگتر و پرجرمتر باشد، سیاهچاله مرکزی آن نیز معمولاً جرم بیشتری دارد. اما پرسش مهم این بود که آیا این ارتباط در میلیاردها سال قبل و در دوران ابتدایی تاریخ جهان نیز وجود داشته یا خیر. بررسی چنین موضوعی تاکنون به دلیل محدودیتهای فناوری بسیار دشوار بود. کشف جدید اکنون شواهد ارزشمندی ارائه میدهد که نشان میدهد این رابطه احتمالاً در همان مراحل اولیه تکامل کیهان نیز برقرار بوده است.
پژوهشگران معتقدند که کهکشان MRG-M0138 در گذشته احتمالاً یک اختروش یا کوازار بسیار درخشان بوده است. اختروشها از فعالترین اجرام شناختهشده در جهان هستند و زمانی شکل میگیرند که سیاهچالههای عظیم مرکزی با سرعت زیاد مواد اطراف خود را جذب کنند. انرژی فوقالعاده تولیدشده در این فرایند میتواند گازهای موجود در کهکشان را به بیرون پرتاب کند. در نتیجه، مواد اولیه لازم برای تشکیل ستارگان جدید از بین میروند و روند ستارهسازی متوقف میشود. دانشمندان احتمال میدهند همین اتفاق در MRG-M0138 رخ داده باشد و به همین دلیل امروزه با کهکشانی روبهرو هستیم که سیاهچاله مرکزی آن در وضعیت خفته قرار گرفته است.
این کشف تنها آغاز راه محسوب میشود و انتظار میرود در سالهای آینده نمونههای بیشتری از چنین سیاهچالههایی شناسایی شوند. مأموریتهایی مانند Euclid و Nancy Grace Roman Space Telescope قرار است دادههای بسیار بیشتری از اعماق کیهان جمعآوری کنند. این اطلاعات به دانشمندان کمک خواهد کرد تا تاریخچه شکلگیری کهکشانها و سیاهچالههای مرکزی آنها را با جزئیات بیشتری بازسازی کنند. در نهایت، پژوهشهای آینده میتوانند پاسخ بسیاری از پرسشهای بنیادی درباره چگونگی رشد سیاهچالههای فوقسنگین و نقش آنها در تکامل کهکشانها را روشن سازند و درک ما از تاریخ کیهان را عمیقتر از همیشه کنند.
