یک سیاهچاله کشف شده در کمین سحر کیهانی بسیار بزرگتر از آن است که بتوان به راحتی توضیح داد. این کهکشان در مرکز کهکشانی به نام J1120+0641 قرار دارد و به جرمی بیش از یک بیلیون خورشید می رسد.
امروزه سیاهچاله های بزرگ تری در اطراف ما وجود دارند. مشکل زمان وجود J1120+0641 است. در کمتر از ۷۷۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ، سخت است که بفهمیم سیاهچاله چگونه زمان لازم برای به دست آوردن چنین جرمی را داشته است.
بیش از یک دهه است که در مورد کهکشان و سیاهچالههای پر از آن میدانیم، و دانشمندان ایدههایی درباره چگونگی پیدایش آن داشتند. اکنون، مشاهدات با استفاده از JWST یکی از این مفاهیم را رد کرده است. با تمام اقدامات انجام شده، J1120+0641 ‘به طرز تکان دهنده ای عادی’ به نظر می رسد و توضیحات عجیب تری را برای افزایش وزن سیاه چاله باز می گذارد.
کشف J1120+0641 در سال ۲۰۱۱ اعلام شد و برای چند سال دورترین کهکشان کوازار شناخته شده باقی ماند. در واقع چند سال خوب بود. تا آنجا که ما میدانستیم، J1120+0641 یک چیز پرت بود، با یک توضیح احتمالی برای اندازه آن هنوز روی میز است.
کهکشانهای کوازار کهکشانهایی هستند که دارای یک سیاهچاله مرکزی پرجرم هستند که با سرعت فوقالعادهای تغذیه میکنند. آنها توسط ابر عظیمی از گاز و گرد و غبار احاطه شده اند که با حداکثر سرعت ممکن آنها را فرو می پاشند. اصطکاک و گرانش اطراف سیاهچاله مواد را گرم می کند و باعث می شود تا به شدت بدرخشد.
اما سرعتی که سیاهچاله می تواند تغذیه کند بی حد و حصر نیست. حداکثر نرخ پایدار با حد ادینگتون تعیین میشود، که فراتر از آن، ماده گرم شده چنان درخشان میتابد که فشار تشعشع از کشش گرانشی فراتر میرود و ماده را به سمت خود میراند و چیزی برای تغذیه سیاهچاله باقی نمیگذارد.
اکنون، سیاهچالهها میتوانند برای مدت کوتاهی واردشتاب ابرادینگتون شوند، جایی که آنها از این حد عبور کرده و قبل از شروع فشار تشعشع، تا آنجا که میتوانند مواد را بیرون میزنند. این یکی از توضیحات احتمالی برای سیاهچاله در مرکز J1120+0641 است. و همانطور که آنها را به تعداد بیشتری می یابیم، سیاهچاله های بزرگ دیگری در ابتدای جهان در کمین هستند.
اخترشناسان برای جستجوی نشانههایشتاب ابرادینگتون، به دادههایی با وضوح کافی برای انجام تجزیه و تحلیل دقیق نور کهکشان نیاز داشتند و به دنبال نشانههایی مرتبط با فرآیندهای شدید بودند. و برای این کار، ما به JWST، قدرتمندترین تلسکوپ فضایی که تا به حال ساخته شده، نیاز داشتیم که برای نگاه کردن به نقاط دوردست فضا و زمان بهینه شده است.
JWST کهکشان را در اوایل سال ۲۰۲۳ رصد کرد و تیمی به رهبری سارا بوسمن ستاره شناس از موسسه نجوم ماکس پلانک در آلمان، نوری را که جمع آوری کرده بود برای فهرست کردن خواص مواد اطراف سیاهچاله جدا کردند: یک چنبره عظیم غبار روی سیاهچاله. حومه، و یک دیسک درخشان که به اطراف می چرخد و به سیاهچاله می خورد.
این تجزیه و تحلیل نشان میدهد که سیاهچاله در واقع بهطور طبیعی تغذیه میکند. چیزی در مورد شتاب آن وجود ندارد که بهطور قابل توجهی متفاوت از دیگر کهکشانهای اختروشهای اخیر باشد.
یکی از توضیح های احتمالی برای این سیاهچاله های غول پیکر این است که گرد و غبار اضافی اخترشناسان را به تخمین بیش از حد جرم آنها سوق داده است. و با این حال هیچ نشانه ای از گرد و غبار اضافی نیز وجود ندارد.
این بدان معناست که J1120+0641 همان چیزی است که به نظر می رسد: یک کهکشان کوازار کاملاً معمولی، با سیاهچاله ای که مواد را با سرعتی فوق العاده بالا نمی ریزد. سیاهچاله، و نحوه تغذیه آن، تا زمانی که ما آن را مشاهده کردیم، در عرض چند صد میلیون سال پس از انفجار بزرگ، نسبتاً بالغ بود.
بوسمن میگوید: “به طور کلی، مشاهدات جدید فقط به این راز اضافه میکنند: اختروشهای اولیه بهطور تکاندهندهای طبیعی بودند. مهم نیست که در کدام طول موج آنها را مشاهده می کنیم، اختروش ها در تمام دوره های جهان تقریباً یکسان هستند.”
این بدان معنی است که شتاب ابرادینگتون راه حلی برای رشد سیاهچاله های گیج کننده عظیم در سپیده دم نیست.
توضیح اصلی دیگر این است که سیاهچاله ها در ابتدا از دانه های بسیار بزرگ تشکیل شده اند. این نظریه به جای یک فرآیند آهسته و تدریجی از چیزی به اندازه یک ستاره، پیشنهاد می کند که سیاهچاله ها از فروپاشی توده های ماده یا حتی ستارگان بسیار بزرگ تا صدها هزار برابر جرم خورشید به وجود آمده اند.
همانطور که بیشتر و بیشتر از این غولها در مه در ابتدای کیهان کمین کردهاند، این تصور کمتر عجیب و غریب به نظر میرسد و بیشتر شبیه بهترین توضیح ممکن برای این عصر اسرارآمیز در تاریخ جهانمان است.
این تحقیق در Nature Astronomy منتشر شده است.
