تلسکوپ جیمز وب صدها ‘نقطه قرمز کوچک’ را در جهان باستان پیدا کرد ما هنوز نمی دانیم آنها چه هستند

ستاره‌شناسانی که با تلسکوپ فضایی جیمز وب، قدرتمندترین تلسکوپ ناسا، به کاوش در جهان دور می‌پردازند، گروهی از کهکشان‌ها را پیدا کرده‌اند که حتی ماهرترین موجودات را در تقلید به چالش می‌کشد – مانند اختاپوس تقلیدی. این موجود می‌تواند برای فرار از شکارچیان، جانوران دریایی دیگر را جعل کند. آیا باید شبیه یک ماهی پهن باشید؟ مشکلی نیست. شبیه به مار دریایی؟ آسان است.

زمانی که اخترشناسان اولین تصاویر وب از نقاط دوردست کیهان را تجزیه و تحلیل کردند، گروهی از کهکشان‌ها را مشاهده کردند که قبلاً دیده نشده بود. این کهکشان ها – صدها مورد از آنها و به نام نقاط قرمز کوچک – بسیار قرمز و فشرده هستند و تنها در طول حدود ۱ میلیارد سال تاریخ کیهانی قابل مشاهده هستند. مانند اختاپوس تقلیدی، Little Red Dots ستاره شناسان را متحیر می کند، زیرا آنها شبیه اجرام مختلف اخترفیزیکی هستند. آنها یا کهکشان های بسیار سنگینی هستند یا کهکشانی هایی با اندازه متوسط، که هر کدام حاوی یک سیاهچاله بسیار پرجرم در هسته خود هستند.

با این حال، یک چیز مسلم است. نقطه قرمز معمولی کوچک است و شعاع آن تنها ۲ درصد از کهکشان راه شیری است. برخی از آنها حتی کوچکتر هستند.

به عنوان یک اخترفیزیکدان که کهکشان های دور و سیاهچاله ها را مطالعه می کند، علاقه مند به درک ماهیت این کهکشان های کوچک هستم. به راستی نور آنها چه قدرتی دارد و چه هستند؟

مسابقه تقلید: چالش خلاقیت و جذابیت

ستاره شناسان نوری را که تلسکوپ های ما از کهکشان های دور دریافت می کنند تجزیه و تحلیل می کنند تا ویژگی های فیزیکی آن ها، مانند تعداد ستارگانی که در آنها وجود دارد را ارزیابی کنند. ما می‌توانیم از ویژگی‌های نور آنها برای مطالعه نقاط قرمز کوچک استفاده کنیم و بفهمیم که آیا آنها از تعداد زیادی ستاره تشکیل شده‌اند یا یک سیاهچاله در داخل آنها وجود دارد.

نوری که به تلسکوپ‌های ما می‌رسد دارای طول موج از امواج رادیویی بلند تا پرتوهای پرانرژی گاما است. ستاره شناسان نور را به فرکانس های مختلف تقسیم می کنند و آنها را با نموداری به نام طیف تجسم می کنند.

گاهی اوقات، طیف شامل خطوط انتشار است، که محدوده‌ای از فرکانس‌ها هستند که در آن تابش نور شدیدتر رخ می‌دهد. در این مورد، می‌توانیم از شکل طیف برای پیش‌بینی اینکه آیا کهکشان دارای یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم است استفاده کنیم و جرم آن را تخمین بزنیم.

به طور مشابه، مطالعه تابش اشعه ایکس از کهکشان می تواند حضور یک سیاهچاله بسیار پرجرم را آشکار کند.

به عنوان استادان نهایی مبدل کردن، نقاط قرمز کوچک به عنوان اجرام اخترفیزیکی متفاوت ظاهر می شوند، بسته به اینکه ستاره شناسان انتخاب می کنند آنها را با استفاده از اشعه ایکس، خطوط انتشار یا چیز دیگری مطالعه کنند.

اطلاعاتی که اخترشناسان تاکنون از طیف‌های نقاط قرمز کوچک جمع‌آوری کرده‌اند و خطوط گسیلی منجر به دو مدل متفاوت شده است که ماهیت آن‌ها را توضیح می‌دهند. این اجرام یا کهکشان های بسیار متراکم حاوی میلیاردها ستاره هستند یا میزبان یک سیاهچاله بسیار پرجرم هستند.

دو فرضیه

در فرضیه فقط ستاره ها، نقاط قرمز کوچک حاوی مقادیر عظیمی از ستاره ها هستند – تا ۱۰۰ میلیارد ستاره. این تقریباً همان تعداد ستاره های راه شیری است – کهکشانی بسیار بزرگتر.

تصور کنید در یک اتاق بزرگ و خالی تنها ایستاده اید. این فضای وسیع و آرام، ناحیه ای از کیهان را در مجاورت منظومه شمسی ما نشان می دهد که در آن ستارگان به طور پراکنده ای پراکنده شده اند. حالا همان اتاق را تصویر کنید، اما مملو از کل جمعیت چین.

این اتاق مملو از متراکم ترین نقاط قرمز کوچک شبیه آن است. این اجرام اخترفیزیکی ممکن است متراکم ترین محیط های ستاره ای در کل جهان باشند. ستاره شناسان حتی مطمئن نیستند که آیا چنین سیستم های ستاره ای می توانند از نظر فیزیکی وجود داشته باشند یا خیر.

سپس، فرضیه سیاهچاله وجود دارد. اکثر نقاط قرمز کوچک نشانه‌های واضحی از وجود یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم در مرکز خود دارند. ستاره شناسان می توانند با نگاه کردن به خطوط گسیلی بزرگ در طیف های آنها، که توسط گاز در اطراف سیاهچاله که با سرعت بالا می چرخد، ایجاد شده است، تشخیص دهند که آیا سیاهچاله ای در کهکشان وجود دارد یا خیر.

اخترشناسان در واقع تخمین می زنند که این سیاهچاله ها در مقایسه با اندازه کهکشان های میزبان فشرده آن ها بسیار پرجرم هستند.

سیاهچاله ها معمولاً جرمی در حدود ۰.۱ درصد از جرم ستاره ای کهکشان های میزبان خود دارند. اما برخی از این نقاط قرمز کوچک دارای یک سیاهچاله تقریباً به جرم کل کهکشان خود هستند. اخترشناسان این سیاهچاله‌های پرجرم را سیاهچاله می‌نامند، زیرا وجود آن‌ها با نسبت معمولی که معمولاً در کهکشان‌ها مشاهده می‌شود، مخالف است.

با این حال، شکار دیگری نیز وجود دارد. برخلاف سیاهچاله های معمولی، سیاهچاله هایی که احتمالاً در نقاط قرمز کوچک وجود دارند، هیچ نشانه ای از گسیل اشعه ایکس را نشان نمی دهند. حتی در عمیق‌ترین و پرانرژی‌ترین تصاویر موجود، جایی که اخترشناسان باید بتوانند به راحتی این سیاه‌چاله‌ها را رصد کنند، هیچ اثری از آن‌ها وجود ندارد.

راه حل کم و امیدهای فراوان

این واقعیت که سیاه‌چاله‌ها خیلی بزرگ یا بیش از حد بزرگ هستند، ممکن است برای درک ما از جهان مشکلی نباشد، بلکه بهترین نشانه‌ای از چگونگی تولد اولین سیاه‌چاله‌ها در جهان است. در واقع، اگر اولین سیاه‌چاله‌هایی که تا به حال شکل گرفته‌اند بسیار پرجرم باشند – حدود ۱۰۰۰۰۰ برابر جرم خورشید – مدل‌های نظری نشان می‌دهند که نسبت جرم سیاهچاله‌ها به جرم کهکشان میزبان می‌تواند برای مدت طولانی پس از شکل‌گیری بالا بماند.

پس چگونه ستاره شناسان می توانند ماهیت واقعی این ذرات کوچک نور را که در آغاز زمان می درخشند کشف کنند؟ همانطور که در مورد استاد مبدل ما – اختاپوس – راز در مشاهده رفتار آنها نهفته است.

استفاده از تلسکوپ وب و تلسکوپ های پرتو ایکس قدرتمندتر برای انجام مشاهدات بیشتر، در نهایت ویژگی ای را آشکار می کند که ستاره شناسان می توانند تنها به یکی از این دو سناریو نسبت دهند.

به عنوان مثال، اگر اخترشناسان به وضوح تشعشع اشعه ایکس یا رادیویی، یا نور فروسرخ ساطع شده از اطراف جایی که ممکن است سیاهچاله باشد را تشخیص دهند، می‌دانستند که فرضیه سیاه‌چاله درست است.

درست مانند اینکه چگونه دوست دریایی ما می تواند تظاهر به ستاره دریایی کند، در نهایت شاخک های خود را حرکت می دهد و ماهیت واقعی خود را آشکار می کند.