اخترفیزیک‌دانان هنوز نمی‌دانند که آیا سیاه‌چاله‌های ناشی از فروپاشی مستقیم واقعاً وجود دارند یا نه. این مفهوم در ابتدا برای توضیح این معما مطرح شد که چطور ممکن است در کیهانِ اولیه، سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم (SMBH) وجود داشته باشند. برخلاف دیگر سیاه‌چاله‌ها، این نوع سیاهچاله به یک ستاره‌ی پیش‌ساز یا ادغام سلسله‌مراتبی نیاز ندارد. بلکه در اثر ناپایداری در یک ابر گازی، همانند فرآیند شکل‌گیری ستارگان، به‌طور مستقیم فرو می‌پاشد.
به‌تازگی، ستاره‌شناسانی که با داده‌های تصویری پروژه‌ی COSMOS-Web (یک طرح پیمایشی از تلسکوپ جیمز وب که بیش از یک میلیون کهکشان را در طول زمان کیهانی رصد می‌کند) کار می‌کنند، به پدیده‌ای عجیب برخوردند: کهکشانی با دو هسته که احتمالاً از برخورد دو کهکشان به‌وجود آمده است. آن را به دلیل شباهتش به نماد بی‌نهایت، کهکشان بی‌نهایت نام‌گذاری کردند.
اما نکته‌ی عجیب اینجاست:
در میان این دو هسته، یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم وجود دارد؛ نه درون هیچ‌کدام از هسته‌ها. این سیاهچاله در میان ابر گسترده‌ای از گاز جای گرفته است و پژوهشگران گمان می‌کنند که این می‌تواند همان سیاه‌چاله‌ی فروپاشی مستقیمی باشد که سال‌هاست فرضیه‌اش مطرح شده. اگر چنین باشد، می‌تواند توضیح دهد که چرا در کیهان اولیه، سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم شکل گرفته‌اند.
پروفسور پیتر فن‌دوکوم از دانشگاه ییل، نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ای است که این کشف را با عنوان
«کهکشان بی‌نهایت: یک نامزد سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم ناشی از فروپاشی مستقیم در میان دو هسته‌ی حلقه‌دار پرجرم»
در نشریه The Astrophysical Journal Letters منتشر کرده است.
او می‌گوید:
«ما فکر می‌کنیم در حال تماشای تولد یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم هستیم – چیزی که تاکنون هرگز دیده نشده است.»
در این مقاله آمده است:
«ما یک جرم غیرعادی با انتقال‌به‌سرخ z=1.14 کشف کردیم که در تصاویر جیمز وب در میدان COSMOS دیده شد و آن را کهکشان بی‌نهایت نامیده‌ایم. ساختار این کهکشان نشان می‌دهد حاصل برخورد دو کهکشان با دیسک‌های موازی بوده است که منجر به ایجاد حلقه‌هایی برخوردی در اطراف هر دو کهکشان شده. داده‌های به‌دست‌آمده از تلسکوپ‌های Keck، Chandra و VLA همگی تأیید می‌کنند که این کهکشان یک SMBH فعال دارد که در حال بلعیدن ماده است.»
اعتبار تصویر: فن‌دوکوم و همکاران، ۲۰۲۵.
و نکته‌ی شگفت‌انگیز:
این سیاهچاله نه در یکی از هسته‌ها، بلکه دقیقاً بین آن‌ها قرار دارد؛ هم از نظر مکان و هم از نظر سرعت شعاعی.
فن‌دوکوم و همکارانش می‌نویسند:
«ما پیشنهاد می‌کنیم که این سیاهچاله در همان لحظات اولیه‌ی پس از برخورد و زمانی که محیط گازی بسیار چگال و آشفته بوده، به‌طور مستقیم شکل گرفته است. مشاهدات پیگیری‌شده با جیمز وب می‌تواند این فرضیه را تأیید کرده و نشان دهد که شکل‌گیری مستقیم سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم از طریق فروپاشی گرانشی مهارناپذیر در شرایط شدید، امکان‌پذیر است.»
فن‌دوکوم در یک بیانیه‌ی مطبوعاتی می‌گوید:
«همه‌چیز درباره‌ی این کهکشان عجیب است. نه‌تنها ظاهر غیرعادی دارد، بلکه سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرمی دارد که مقدار زیادی ماده را جذب می‌کند. شگفتی بزرگ‌تر این بود که این سیاهچاله نه درون یکی از هسته‌ها، بلکه بین آن‌ها قرار دارد. از خودمان پرسیدیم: چطور ممکن است؟»
اعتبار تصویر: پیتر فن‌دوکوم و همکاران، ۲۰۲۵، ApJL، شماره ۹۸۸، صفحه L6.
او ادامه می‌دهد:
«پیدا کردن سیاه‌چاله‌ای که در هسته‌ی یک کهکشان نیست، خودش بی‌سابقه است. ولی عجیب‌تر از آن، داستانی است که می‌تواند توضیح دهد چطور به آنجا رسیده. احتمالاً آنجا تشکیل شده، و آن هم به‌تازگی. به‌بیان دیگر، ما گمان می‌کنیم شاهد تولد یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم هستیم – چیزی که تا امروز هرگز به‌طور مستقیم مشاهده نشده است.»
دو نظریه درباره‌ی منشأ سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم
برای توضیح چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم، دو نظریه اصلی وجود دارد:
- بذرهای سبک (light seeds):
در این سناریو، سیاه‌چاله‌هایی با جرم ستاره‌ای پس از انفجار ابرنواخترهای پرجرم شکل می‌گیرند. این سیاه‌چاله‌ها ممکن است تا حدود ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید داشته باشند و از طریق ادغام‌های پی‌در‌پی در طول زمان، به سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم تبدیل شوند.
اما مشکل اینجاست که این فرآیند زمان‌بر است، در حالی‌که تلسکوپ جیمز وب سیاه‌چاله‌هایی بسیار پرجرم را در زمانی بسیار ابتدایی از عمر کیهان یافته – حتی زودتر از آن‌که این فرآیند فرصت وقوع داشته باشد. - بذرهای سنگین (heavy seeds):
این نظریه پیشنهاد می‌کند که یک سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم می‌تواند مستقیماً از فروپاشی یک ابر گازی چگال و بزرگ شکل بگیرد – بدون ستاره‌ی پیش‌ساز و بدون ادغام.
فن‌دوکوم دراین‌باره می‌گوید:
«اما مشکل اینجاست که ابرهای گازی معمولاً در فرآیند فروپاشی، ستاره می‌سازند نه سیاهچاله. بنابراین باید مکانیزمی باشد که مانع از ستاره‌سازی شود، و هنوز مشخص نیست که چنین فروپاشی مستقیمی در عمل می‌تواند رخ دهد یا نه.»
شواهد بیشتر درباره‌ی تولد یک سیاهچاله
نویسندگان توضیح می‌دهند:
«برآمدگی‌ها از برخورد جان سالم به در بردند و ستارگان دیسک داخلی در حلقه‌های برخوردی که به‌سمت بیرون گسترش یافته‌اند، در اطراف این برآمدگی‌ها جمع شدند.»
«فشردگی و شوک در گازهای برخوردی احتمالاً باعث تشکیل باقیمانده‌ای گازی و چگال در میان دو هسته شده است، مشابه آنچه در خوشه‌ی گلوله‌ای (Bullet Cluster) در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر مشاهده شده. این فرض مطرح است که سیاهچاله درون همین گاز شکل گرفته باشد.»
اعتبار تصویر: پیتر فن‌دوکوم و همکاران، ۲۰۲۵، ApJL، شماره ۹۸۸، صفحه L6.
فن‌دوکوم توضیح می‌دهد که او و همکارانش با کنار هم گذاشتن داده‌های علمی به این روایت رسیده‌اند:
دو کهکشان دیسکی میلیاردها سال پیش با هم برخورد کردند و ساختارهای حلقه‌ای ایجاد شد. این برخورد، گازهای موجود را فشرده و داغ کرد، به‌طوری‌که چگالی به حدی رسید که ابر گازی مستقیماً به یک سیاهچاله فروپاشید.
او می‌گوید:
«ما مقدار زیادی گاز یونیزه (مثلاً هیدروژنی که الکترونش را از دست داده) را دقیقاً در میانه‌ی دو هسته، در اطراف سیاهچاله دیده‌ایم. همچنین می‌دانیم که این سیاهچاله فعال است – چون نشانه‌های آن را در پرتو ایکس از رصدخانه چاندرا و امواج رادیویی از VLA دیده‌ایم. اما پرسش اینجاست: آیا واقعاً همان‌جا تشکیل شده؟»
سناریوهای جایگزین
نویسندگان در توضیح این فرآیند می‌نویسند:
«برآمدگی‌های کهکشانی از برخورد جان سالم به‌در برده‌اند و ستارگان موجود در دیسک‌های داخلی در قالب حلقه‌هایی برخوردی که به‌سمت بیرون گسترش یافته‌اند، پیرامون این برآمدگی‌ها پراکنده شده‌اند.»
«فشردگی و شوک ناشی از برخورد گازهای کهکشانی احتمالاً به تشکیل توده‌ای چگال از گاز در میان دو هسته انجامیده است؛ پدیده‌ای مشابه آنچه در خوشه‌ی گلوله‌ای (Bullet Cluster) اما در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر مشاهده شده است. فرض بر این است که سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم در دل همین توده‌ی گازی شکل گرفته باشد.»
اعتبار تصویر: پیتر فن‌دوکوم و همکاران، ۲۰۲۵، ApJL، جلد ۹۸۸، صفحه L6.
البته، هنوز نمی‌توان احتمال‌های دیگر را کنار گذاشت. فن‌دوکوم می‌گوید:
«ممکن است یک سیاه‌چاله‌ی سرگردان باشد که از کهکشانی به بیرون پرت شده و به‌طور تصادفی از آنجا عبور می‌کند. یا شاید متعلق به کهکشان سومی باشد که در همان محل قرار دارد – که اگر چنین باشد، احتمالاً باید یک کهکشان کوتوله باشد. اما کهکشان‌های کوتوله معمولاً سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم ندارند.»
اگر هرکدام از این سناریوها درست باشد، باید سرعت گازِ اطراف سیاهچاله با سرعت گاز در کهکشان بی‌نهایت متفاوت باشد. پژوهشگران برای بررسی این موضوع، وقت مشاهده‌ی بیشتری از تلسکوپ جیمز وب گرفتند تا سرعت گاز را اندازه‌گیری کنند.
فن‌دوکوم می‌گوید:
«ما موفق شدیم زمان مشاهده‌ی ویژه‌ای برای این هدف از جیمز وب بگیریم، و نتایج اولیه هیجان‌انگیز است. نخست این‌که گاز یونیزه‌ای گسترده در میانه‌ی دو هسته تأیید شد. دوم، سیاهچاله دقیقاً در مرکز توزیع سرعت این گاز قرار دارد – همان‌طور که انتظار داریم اگر در همان‌جا تشکیل شده باشد. این، نتیجه‌ی کلیدی ماست!»
اما مشاهدات اضافی جیمز وب، شگفتی دیگری هم به‌همراه داشت:
دو سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم دیگر هم در هر یک از دو کهکشان یافت شد.
فن‌دوکوم می‌افزاید:
«نمی‌توانیم با قطعیت بگوییم که یک سیاه‌چاله‌ی فروپاشی مستقیم یافته‌ایم. اما می‌توانیم بگوییم این داده‌های تازه احتمال تولد یک سیاهچاله را تقویت می‌کند و برخی از فرضیه‌های جایگزین را رد می‌کند. ما بررسی داده‌ها را ادامه می‌دهیم تا بتوانیم تصویر روشن‌تری به‌دست آوریم.»
در پایان مقاله آمده است:
«اگر سناریوی پیشنهادی ما تأیید شود، کهکشان بی‌نهایت نخستین شاهد تجربی خواهد بود که نشان می‌دهد شکل‌گیری مستقیم سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم در شرایط مناسب می‌تواند واقعاً اتفاق بیفتد – چیزی که تاکنون فقط در شبیه‌سازی‌ها یا به‌طور غیرمستقیم دیده شده است.»
