با آغاز فعالیت تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، یکی از نخستین مشاهدات آن به بررسی کهکشانهایی اختصاص یافت که در دورانهای بسیار اولیهی جهان شکل گرفتهاند. در دسامبر سال ۲۰۲۲، این رصدها منجر به کشف اجرامی شد که در تصاویر، به صورت «نقاط قرمز کوچک» (Little Red Dots یا LRDs) دیده میشدند. این کشف، موجی از گمانهزنیها درباره ماهیت واقعی این نقاط به همراه داشت.
در حال حاضر، اجماع علمی بر این است که این اجرام، کهکشانهایی فشرده و بسیار جوان هستند. با این حال، همچنان بحثهایی درباره ترکیب آنها و دلیل قرمزی شدیدشان وجود دارد. بهطور کلی، دو نظریه اصلی درباره منشأ LRDها مطرح شده است:
نظریهی نخست: «تنها ستارهای» (Stellar-only)
در این دیدگاه، این نقاط قرمز کوچک، کهکشانهایی با نرخ بالای شکلگیری ستاره و مقادیر زیادی غبار کیهانی هستند. از آنجایی که این دو عامل باعث جذب نور آبیتر و تقویت نور قرمز میشوند، چنین کهکشانهایی بسیار قرمز و فشرده به نظر میرسند. این نظریه همچنین LRDها را مشابه برخی کهکشانهای پرغبار امروزی میداند.
اما یک چالش جدی در برابر این دیدگاه وجود دارد: خطوط طیفی هیدروژن (مخصوصاً خطوط سری بالمر) که از این اجرام دریافت شده، سرعت پراکندگی بالایی را نشان میدهد که بیشتر از مقدار رایج در کهکشانهای اولیه است. این موضوع میتواند به بیثباتی ساختاری در طول زمان منجر شود، که با آنچه از روند تکامل کهکشانها میدانیم، چندان سازگار نیست.
نظریهی دوم: «سیاهچاله و کهکشان» (MBH and Galaxy)
نظریه دوم بر این باور است که LRDها در واقع نمونههای اولیهی هستههای فعال کهکشانی (AGNها) هستند؛ همان پدیدههایی که امروزه به شکل اختروشها (کوازارها) و دیگر منابع پرانرژی در کیهان دیده میشوند. بر اساس این دیدگاه، نقاط قرمز کوچک حاوی سیاهچالههای پرجرم (MBHs) هستند که در مرکز این کهکشانها قرار دارند.
شواهدی همچون وجود خطوط سری بالمر پهن در طیف این اجرام، از این نظریه پشتیبانی میکند، چرا که چنین خطوطی معمولاً نشانهای از سیاهچالههای پرجرم فعال هستند. با این حال، بیشتر این اجرام تابش پرتو ایکس زیادی ندارند، در حالی که از یک هسته فعال انتظار میرود که در این طیف بسیار درخشان باشد. همچنین، جرم تخمینی سیاهچالههای فرضی این اجرام، نسبت به جرم کهکشان میزبانشان، بسیار بزرگتر از حد معمول است.
با وجود این، پروفسور «آندرس اسکالا» (Andres Escala)، استاد اخترشناسی دانشگاه شیلی، در ایمیلی به سایت Universe Today گفته است که این دو نظریه، همچنان محتملترین گزینهها هستند. دلیل این انتخاب، نه تنها وجود شواهد علمی کافی، بلکه «کماهمیتتر بودن آنها نسبت به نظریههای عجیب و غریب دیگر» است.
تفاوتهای ساختاری با کهکشانهای شناختهشده
اگرچه LRDها به برخی از ساختارهای کیهانی شناختهشده شباهت دارند، اما تفاوتهای مهمی نیز در آنها دیده میشود. در نظریهی سیاهچاله و کهکشان، نسبت جرم سیاهچاله به کهکشان میزبان در کهکشانهای امروزی حدود ۰.۱٪ است، اما در LRDها، این نسبت میتواند تا ۱۰٪ هم برسد — صد برابر بیشتر.
اعتبار تصویر: ناسا / آژانس فضایی اروپا / آژانس فضایی کانادا
در مقابل، اگر نظریهی تنها-ستارهای صحیح باشد، آنگاه باید LRDها را نوعی کهکشان بسیار کوچک اما بسیار چگال دانست؛ اجرامی که دستکم ۱۰ برابر کوچکتر از کوچکترین کهکشانهای شناختهشدهاند (در حدود ۱۰۰ پارسک در برابر ۱ کیلوپارسک) ولی با جرم بسیار بالا.
دیدگاه ترکیبی: سیر تکاملی از ستارگان به سیاهچاله
تیم اسکالا در پژوهش اخیر خود، از نظریهی تنها-ستارهای آغاز کرده و سپس این پرسش را بررسی کردهاند که آیا میتوان سیر تحول LRDها را بهگونهای دید که در نهایت به مدل سیاهچاله و کهکشان برسد یا نه. آنها معتقدند این دو نظریه ممکن است در واقع دو مرحلهی مختلف از فرایند تکامل یک نوع خاص از کهکشانهای اولیه باشند.
به گفته اسکالا، شواهدی که از هر دو نظریه پشتیبانی میکند — از جمله کمبود تابش پرتو ایکس نسبت به اختروشهای امروزی — با نظریهی تکاملی نیز سازگار است. به بیان سادهتر، فرض آن است که LRDها در مراحل آغازین تحولشان قرار دارند و هنوز به فاز تابش پرانرژی (همچون اختروشها) نرسیدهاند.
این اجرام فقط در بازهای از تاریخ کیهان دیده میشوند: بین انتقالبهسرخ ۸ تا ۴ (z=8 تا z=4)، که تقریباً معادل ۱۰ درصد از عمر کل کیهان است. این گذرا بودن نیز میتواند نشان دهد که این اجرام تنها در مراحل اولیهی شکلگیری قابل مشاهده هستند و در نهایت به ساختارهای آشناتر امروزی بدل میشوند.
آیندهی LRDها: زادگاه سیاهچالههای عظیم؟
در نهایت، نظریهی اسکالا و همکارانش بیان میکند که حتی اگر این اجرام در آغاز تنها از ستارهها تشکیل شده باشند، چگالی بینهایت بالای ناحیه مرکزی آنها در نهایت منجر به شکلگیری سیاهچالهای عظیم در مرکز خواهد شد. این اتفاق، صرفنظر از سناریوی اولیه، گریزناپذیر است. از اینرو، میتوان گفت که نقاط قرمز کوچک، در حقیقت، مکانهایی بسیار مساعد برای شکلگیری سیاهچالههای پرجرم هستند.
اسکالا در پایان میگوید:
«این یعنی نقاط قرمز کوچک احتمالاً مناسبترین مکانها برای شکلگیری سیاهچالههای پرجرم هستند. حتی اگر تنها از ستاره تشکیل شده باشند، پژوهش ما نشان میدهد که چنین سیستمهایی (حداقل در بخش مرکزی خود) نمیتوانند در بلندمدت پایدار بمانند و ناگزیر به شکلگیری سیاهچالههای عظیم منتهی خواهند شد. بنابراین، فارغ از اینکه کدام نظریه صحیح باشد، این نقاط مکانهایی برای شکلگیری سیاهچالههای جدید هستند — و این خود یکی از اسرار بزرگ در فرایند شکلگیری ساختارهای کیهانی و کیهانشناسی است.»
جمعبندی
کشف LRDها با تلسکوپ جیمز وب، بار دیگر دانش ما از آغازهای کیهان را به چالش کشیده است. این اجرام کوچک، فشرده و بسیار قرمز، یا کهکشانهایی پُرستاره و پرغبارند که بعدها به مرکز سیاهچالهدار تبدیل میشوند، یا هماکنون هم حاوی سیاهچالههایی پرجرماند که فرایند فعالشدنشان هنوز کامل نشده است. در هر دو حالت، آنها درک ما از شکلگیری کهکشانها، سیاهچالهها و ساختارهای اولیهی کیهان را گسترش میدهند — و این تازه آغاز راه است.
