سیاهچاله های ممنوعه و ستاره های باستانی در این ‘نقاط قرمز کوچک’ پنهان شده اند

‘مردان سبز کوچک’ را فراموش کنید – این ‘نقاط قرمز کوچک’ در جهان نوزاد است که توجه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) را به خود جلب کرد.

دانشمندان می‌گویند که اجسام قرمز عجیب ستاره‌هایی را پنهان می‌کنند که مدل‌ها نشان می‌دهند «بیش از آن پیر» هستند که در زمان‌های اولیه کیهانی زندگی کرده‌اند و سیاهچاله‌هایی که هزاران برابر بزرگ‌تر از سیاه‌چاله‌های عظیم در قلب کهکشان راه شیری هستند. دانشمندان معتقدند این اجرام باید به روشی منحصر به فرد در جهان اولیه متولد شده باشند – با روشی که به نظر می رسد پس از حدود ۱ میلیارد سال از وجودش در کیهان متوقف شده است.

سه نقطه قرمز کوچک مانند زمانی که کیهان بین ۶۰۰ تا ۸۰۰ میلیون سال سن داشت دیده می شود. اگرچه ممکن است زمان بسیار طولانی پس از انفجار بزرگ به نظر برسد، اما این واقعیت که جهان ۱۳.۸ میلیارد سال است به این معنی است که زمانی که این اجرام وجود داشته اند، بیش از ۵ درصد از سن فعلی خود نبوده است.

با تأیید وجود این نقاط در جهان اولیه، این یافته‌های JWST می‌توانند آنچه را که ما در مورد تکامل کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم در قلب آنها می‌دانیم، به چالش بکشند.

این تیم به رهبری دانشمندان دانشگاه ایالتی پن، هنگام بررسی جهان اولیه با ابزار طیف‌نگار فروسرخ نزدیک JWST (NIRSpec) به عنوان بخشی از بررسی RUBIES، این عجایب کیهانی زرشکی مرموز را مشاهده کردند.

جوئل لجا، یکی از اعضای تیم، استادیار نجوم و اخترفیزیک در ایالت پن، در بیانیه ای گفت: «این بسیار گیج کننده است. ‘شما می توانید این را به طرز ناراحت کننده ای در مدل فعلی ما از جهان قرار دهید، اما تنها در صورتی که شکل گیری عجیب و غریب و دیوانه کننده ای سریع را در آغاز زمان تداعی کنیم.

‘این، بدون شک، عجیب ترین و جالب ترین مجموعه اشیایی است که من در زندگی حرفه ای خود دیده ام.’

پشت نقطه ها چیست

محققان شدت طول موج‌های مختلف نوری که از نقاط قرمز کوچک می‌آیند را بررسی کردند. این نشانه‌هایی را نشان داد که ستاره‌ها صدها میلیون سال سن دارند – بسیار قدیمی‌تر از آنچه برای ستاره‌ها در این مرحله اولیه کیهان انتظار می‌رود.

محققان همچنین رگه هایی از سیاهچاله های کلان پرجرم را در نواحی نقاط قرمز کوچک با جرمی معادل میلیون ها و گاهی حتی میلیاردها خورشید مشاهده کردند. این سیاهچاله ها بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر قوس A* (Sgr A*) جرم دارند، سیاهچاله ای عظیم در قلب کهکشان راه شیری که تنها ۲۶۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.

هر دوی این اکتشافات تحت مدل‌های کنونی تکامل کیهانی، رشد کهکشان‌ها یا تشکیل سیاه‌چاله‌های عظیم انتظار نمی‌رود. همه این نظریه‌ها نشان می‌دهند که کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم در یک قدمی رشد می‌کنند – اما این رشد میلیاردها سال طول می‌کشد.

ما تأیید کرده‌ایم که به نظر می‌رسد این اشیاء مملو از ستارگان باستانی – صدها میلیون ساله – در جهانی هستند که تنها [۶۰۰ تا ۸۰۰ میلیون سال] قدمت دارند. به‌طور قابل‌توجهی، این اجرام رکورد اولین نشانه‌های قدیمی را دارند. نور ستاره، رهبر پژوهش Bingjie Wang، یک محقق فوق دکتری در ایالت پن، در بیانیه گفت. ‘پیدا کردن ستاره های قدیمی در یک جهان بسیار جوان کاملا غیرمنتظره بود. مدل های استاندارد کیهان شناسی و شکل گیری کهکشان ها به طرز باورنکردنی موفق بوده اند، با این حال این اجرام نورانی به راحتی در آن تئوری ها قرار نمی گیرند.’

تیم برای اولین بار در ماه جولای هنگام استفاده از JWST نقاط قرمز کوچک را مشاهده کرد. در آن زمان، محققان بلافاصله مشکوک شدند که این اجرام در واقع کهکشان هایی هستند که تقریباً ۱۳.۵ میلیارد سال پیش وجود داشته اند.

بررسی عمیق‌تر طیف‌های نوری این اجرام، این کهکشان‌ها را تأیید کرد که در همان سپیده‌دم زمان زندگی می‌کردند و همچنین نشان داد که سیاه‌چاله‌های بزرگ «بیش از حد رشد» و ستاره‌های غیرممکن «قدیمی» خروجی نور چشمگیر نقاط قرمز را تامین می‌کردند.

تیم هنوز مطمئن نیست که چه مقدار از نور نقاط قرمز کوچک از هر یک از این منابع می آید. این بدان معناست که این کهکشان‌ها یا به‌طور غیرمنتظره‌ای قدیمی و پرجرم‌تر از کهکشان راه شیری هستند، خیلی زودتر از آنچه مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند تشکیل شده‌اند، یا به نوعی دارای مقادیر طبیعی جرم و در عین حال سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم هستند – حفره‌هایی که جرم آنها بسیار بیشتر از یک کهکشان مشابه است. دوران کنونی کیهان

وانگ می‌گوید: «تمایز بین نور ناشی از موادی که به داخل سیاه‌چاله می‌افتد و نور ساطع شده از ستارگان در این اجرام کوچک و دور، چالش برانگیز است. ‘این ناتوانی در تشخیص تفاوت در مجموعه داده فعلی، فضای زیادی را برای تفسیر این اشیاء جذاب باقی می گذارد.’

این یک سیاهچاله کلان جرم معمولی نیست

البته، همه سیاهچاله‌ها دارای مرزهای به دام انداختن نور هستند که «افق رویداد» نامیده می‌شوند، به این معنی که هر چقدر نور به نقاط قرمز کوچک کمک می‌کنند، باید از موادی که آنها را احاطه کرده‌اند و نه از درون.

تأثیر گرانشی فوق العاده سیاهچاله ها شرایط آشفته ای را در این ماده ایجاد می کند که همچنین به مرور زمان سیاهچاله را تغذیه می کند، آن را گرم می کند و باعث درخشش درخشان آن می شود. مناطقی که به این روش توسط سیاهچاله‌های کلان پرجرم نیرو می‌گیرند «اختروش» نامیده می‌شوند و نواحی کهکشان‌هایی که در آن قرار دارند به عنوان هسته‌های فعال کهکشانی (AGNs) شناخته می‌شوند.

این نواحی سیاهچاله ‘نقطه قرمز’ تازه یافته شده می تواند با دیگر اختروش ها متفاوت باشد، حتی آنهایی که JWST قبلاً در کیهان اولیه دیده است. به عنوان مثال، به نظر می رسد سیاهچاله های نقطه قرمز بسیار بیشتر از حد انتظار نور فرابنفش تولید می کنند. با این حال، تکان‌دهنده‌ترین چیز در مورد این سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم این است که چقدر عظیم به نظر می‌رسند.

لجا گفت: به طور معمول، سیاه‌چاله‌های کلان جرم با کهکشان‌ها جفت می‌شوند. آنها با هم بزرگ می شوند و تمام تجربیات مهم زندگی خود را با هم می گذرانند. اما در اینجا، ما یک سیاهچاله بالغ کامل داریم که در داخل کهکشانی کوچک زندگی می کند.

این واقعاً منطقی نیست زیرا این چیزها باید با هم رشد کنند، یا حداقل این چیزی است که ما فکر می‌کردیم.

خود کهکشان های نقطه قرمز نیز شگفت آور هستند. به نظر می رسد که آنها با وجود داشتن تقریباً به همان اندازه ستاره، بسیار کوچکتر از سایر کهکشان ها هستند. این بدان معناست که به نظر می رسد کهکشان های نقطه قرمز متشکل از ۱۰ میلیارد تا ۱ تریلیون ستاره هستند که در کهکشانی به وسعت چند صد سال نوری با حجمی ۱۰۰۰ برابر کوچکتر از کهکشان راه شیری فشرده شده اند.

اگر بخواهیم کهکشان راه شیری را به اندازه یکی از این کهکشان‌های نقطه قرمز کاهش دهیم، نزدیک‌ترین ستاره به خورشید (پروکسیما قنطورس، که ۴.۲ سال نوری از ما فاصله دارد) در منظومه شمسی خواهد بود.علاوه بر این، فاصله بین زمین و سیاهچاله کلان راه شیری، Sgr A*، از ۲۶۰۰۰ سال نوری به تنها ۲۶ سال نوری کاهش می یابد. با این کار آن و محیط اطرافش در آسمان شب بر روی زمین ظاهر می شوند.

لجا می‌گوید: «این کهکشان‌های اولیه بسیار متراکم از ستارگان هستند – ستارگانی که باید به گونه‌ای شکل گرفته باشند که ما هرگز ندیده‌ایم، در شرایطی که هرگز انتظار دیدن آنها را نداشتیم.» و به هر دلیلی، جهان پس از تنها چند میلیارد سال از ساخت اجسامی مانند این دست برداشت. آنها منحصر به جهان اولیه هستند.

این تیم قصد دارد یافته‌های خود را با مشاهدات بیشتر از این نقاط قرمز گیج‌کننده دنبال کند تا اسرار نقاط را بهتر درک کند. این شامل به دست آوردن طیف های عمیق تر با نشان دادن JWST به سمت اجسام قرمز برای مدت زمان طولانی برای به دست آوردن طیف های نشر نور مرتبط با عناصر مختلف است. این می‌تواند به کشف سهم ستاره‌های باستانی و سیاه‌چاله‌های عظیم در کهکشان‌ها کمک کند.

لجا در پایان گفت: «راه دیگری وجود دارد که می‌توانیم به موفقیت دست پیدا کنیم، و آن فقط [داشتن] ایده درست است». ما همه این قطعات پازل را داریم، و آنها فقط در صورتی مناسب هستند که این واقعیت را نادیده بگیریم که برخی از آنها در حال شکستن هستند. .

‘راستش، هیجان انگیز است که بسیاری از این راز برای کشف کردن باقی مانده است.’

تحقیقات این تیم در ۲۶ ژوئن در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شد.

در ابتدا در Space.com ارسال شد.