«تکوین کهکشان‌ها» یکی از چهار محور علمی اصلی این تلسکوپ است. زمانی که جیمز وب نخستین کهکشان‌های جهان را مشاهده کرد، با یک راز روبرو شد: برخی از این کهکشان‌ها به‌نظر می‌رسد در مرکز خود دارای سیاه‌چاله‌های پرجرم (SMBH) هستند که هسته‌های فعال کهکشانی (AGN) را تغذیه می‌کنند. اما یک نکته عجیب وجود دارد — آن‌ها پرتو ایکس ساطع نمی‌کنند؛ پرتوهایی که یکی از مشخصه‌های شناخته‌شده AGN هستند.
کهکشان‌های “نقطه‌قرمز کوچک” (LRD) کهکشان‌های کوچکی با رنگ سرخ هستند که حدود ۶۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ شکل گرفته‌اند. تلسکوپ جیمز وب تاکنون بیش از ۳۰۰ نمونه از این کهکشان‌ها را یافته، اما ماهیت آن‌ها همچنان در هاله‌ای از ابهام است. درخشندگی آن‌ها نشان می‌دهد که بسیار پرجرم‌تر و پرستاره‌تر از آن چیزی هستند که در آن سن انتظار می‌رود. مدل‌های کیهانی کنونی ما زمان کافی برای شکل‌گیری چنین جرم و ستاره‌هایی را در این دوره اولیه کیهان پیش‌بینی نمی‌کنند.
ستاره‌شناسان سپس نشانه‌هایی از هسته‌های فعال کهکشانی (AGN) در این کهکشان‌ها کشف کردند که می‌توانست دلیلی برای درخشش بیش از حد آن‌ها باشد. در این صورت، این نور اضافی تنها از ستاره‌ها نمی‌آمد، بلکه از AGN نیز نشأت می‌گرفت. در نتیجه، این کهکشان‌ها برای تولید این میزان نور دیگر نیازی به داشتن جرم بسیار زیاد نداشتند و ساختارشان با مدل‌های تکامل کهکشانی تضادی نداشت.
اما این نتیجه‌گیری، خود به مشکلی تازه منجر شد. AGNها معمولاً پرتو ایکس قدرتمندی منتشر می‌کنند، زیرا مواد در حال گردش در دیسک‌های برافزایشی آن‌ها گرم می‌شوند. با این حال، طبق پژوهش‌های جدید، کهکشان‌های LRD پرتو ایکس منتشر نمی‌کنند.
پژوهش جدیدی با عنوان «رصدهای چاندرا احتمال برافزایش فراتر از حد ادینگتون را برای نقاط قرمز کوچک رد می‌کند» به مجله Astrophysical Journal ارسال شده است. نویسندگان این مقاله، آندریا ساچی و آکوش بوگدان، هر دو از مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونین هستند. مقاله در حال حاضر در سایت arxiv.org در دسترس است.
«یکی از ویژگی‌های کلیدی کهکشان‌های LRD ضعف شدید در پرتو ایکس است: تحلیل منابع جداگانه و داده‌های پشته‌ای هیچ نشانه قطعی از پرتو ایکس به‌دست نداده، مگر در معدود موارد استثنا»، نویسندگان می‌نویسند.
نبود پرتو ایکس همه چیز را به عقب بازمی‌گرداند. اگر پرتو ایکسی در کار نیست، AGN با دیسک برافزایشی هم وجود ندارد. اگر دیسک برافزایشی نیست، پس درخشندگی بالای LRDها نمی‌تواند از SMBH باشد. بنابراین باید از ستاره‌ها ناشی شده باشد. و این ما را به نقطه اول بازمی‌گرداند: تلاش برای توضیح اینکه کهکشان‌های اولیه چگونه تا این حد پرجرم و پرستاره شدند.
منبع تصویر: ساچی و بوگدان، ۲۰۲۵، مجله اخترفیزیکی (The Astrophysical Journal).
فرآیند برافزایش سیاه‌چاله‌های پرجرم تحت محدودیت ادینگتون قرار دارد. این محدودیت یکی از مفاهیم بنیادی اخترفیزیک است که حداکثر درخشندگی و نرخ برافزایش اجرام را تعریف می‌کند. در این حالت، تعادل بین فشار تابشی به بیرون و گرانش به درون حفظ می‌شود. اگر این تعادل به‌هم بخورد، برافزایش متوقف شده یا لایه‌های بیرونی جسم رانده می‌شوند.
اخترفیزیک‌دانان نظریه‌ای به‌نام «برافزایش فراتر از حد ادینگتون» (super-Eddington accretion) را مطرح کرده‌اند تا توضیح دهند چگونه سیاه‌چاله‌ها در کیهان اولیه به چنین جرم بالایی دست یافتند. در این حالت، جسم می‌تواند برای مدتی از حد ادینگتون فراتر رود. آیا این می‌تواند دلیل درخشندگی بالای LRDها در عین ضعف پرتو ایکس آن‌ها باشد؟
منبع تصویر: ناسا / CXC و J. Vaughan.
نویسندگان مقاله اشاره می‌کنند که تنها توضیح جایگزین برای نبود پرتو ایکس، «پنهان‌شدگی» (obscuration) است — اما شواهد طیفی جیمز وب از آن پشتیبانی نمی‌کند.
«از آن‌جا که محتمل‌ترین توضیح یعنی پنهان‌شدگی بالا، با شواهد طیفی JWST سازگار نیست، برخی محققان پیشنهاد داده‌اند که ضعف پرتو ایکس در LRDها ذاتی است و به‌دلیل نرخ بالای برافزایش فراتر از حد ادینگتون رخ می‌دهد»، آن‌ها می‌نویسند. «در این پژوهش، این فرضیه را با پشته‌سازی داده‌های پرتو ایکس از ۵۵ LRD در میدان ژرف جنوبی چاندرا بررسی کردیم؛ که در مجموع حدود ۴۰۰ مگاثانیه زمان رصدی را در بر می‌گیرد.»
۴۰۰ مگاثانیه زمان رصدی، مجموع زمان مشاهده این ۵۵ کهکشان است — نه کل زمان تلسکوپ. این عمق رصدی چشمگیری برای چنین تعداد کمی از اجرام است. اگر برافزایش فراتر از ادینگتون واقعاً وجود داشت، باید نوعی از پرتو ایکس، هرچند ضعیف، مشاهده می‌شد.
در این حالت نیز پرتو ایکس ایجاد می‌شود، اما این فوتون‌ها ممکن است در جریان برافزایش به دام بیفتند، توسط بادها و جریان‌های خروجی جذب یا پراکنده شوند، یا پشت دیسک ضخیم اطراف SMBH پنهان شوند. مدل‌های کنونی پیش‌بینی می‌کنند که برافزایش فراتر از ادینگتون هنوز پرتو ایکس ساطع می‌کند — هرچند با انرژی کمتر (پرتو ایکس نرم). داده‌های پشته‌شده با ۴۰۰ مگاثانیه باید این پرتوها را آشکار می‌کردند.
اما این اتفاق نیفتاد.
«با وجود دستیابی به عمیق‌ترین داده‌های پرتو ایکس، پشته‌سازی ما همچنان به عدم آشکارسازی منجر شد»، نویسندگان می‌نویسند. «محدودیت‌های به‌دست‌آمده به‌اندازه‌ای شدید هستند که مدل‌های فعلی برافزایش فراتر از ادینگتون را رد می‌کنند و تنها با میزان بسیار بالای پنهان‌شدگی سازگارند.»
نویسندگان نتیجه‌گیری می‌کنند که تنها توضیح باقی‌مانده این است: «برای توضیح ضعف پرتو ایکس در کهکشان‌های LRD، گمان می‌کنیم که SMBHهای موجود در این سامانه‌ها نه آن‌قدر پرجرم‌اند و نه آن‌قدر درخشان که قبلاً تصور می‌شد.» پژوهشگران دیگر نیز چنین احتمالی را مطرح کرده‌اند.
اما اگر هیچ پرتو ایکسی دیده نمی‌شود و داده‌های جیمز وب نیز پنهان‌شدگی را تایید نمی‌کنند، چه اتفاقی در حال رخ دادن است؟
«اگر درخشندگی کل (بولومتریک) کهکشان‌ها بیش از حد برآورد شده باشد — مثلاً به‌اندازه یک مرتبه بزرگی (۱۰ برابر) — سطح بسیار پایین‌تری از پنهان‌شدگی می‌تواند برای پنهان‌کردن پرتو ایکس کافی باشد، بدون نیاز به فرض برافزایش فراتر از ادینگتون»، آن‌ها نتیجه‌گیری می‌کنند.
تلسکوپ جیمز وب همان‌گونه که وعده داده بود، کهن‌ترین کهکشان‌های عالم را آشکار کرده است. اینکه این نتایج با مدل‌های فعلی ما هم‌خوان نیست، تعجب‌آور نیست. هر مأموریت و ابزار جدیدی، شگفتی‌هایی به همراه دارد و دانشمندان اغلب منتظر نتایج غیرمنتظره هستند.
اما فعلاً، کهکشان‌های نقطه‌قرمز کوچک بی‌پاسخ باقی مانده‌اند — و در واقع، این راز عمیق‌تر شده است.
