قدیمی‌ترین و دورترین سیاهچاله کشف شد

ایسنا: تلسکوپ فضایی جیمز وب قدیمی‌ترین و دوردست‌ترین سیاه‌چاله‌ مشاهده شده تاکنون را کشف کرد.

این سیاهچاله که فقط ۴۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ به وجود آمده است می‌تواند به توضیح چگونگی رشد سریع سیاهچاله‌های کلان جرم کمک کند. به نقل از اسپیس، گروهی از ستاره‌شناسان از تلسکوپ فضایی جیمز وب(JWST) برای کشف دورترین و قدیمی‌ترین سیاهچاله‌ای که تاکنون دیده شده، استفاده کرده‌اند.

این کشف می‌تواند گام بزرگی رو به جلو در درک چگونگی رسیدن سیاهچاله‌های کلان جرم به جرمی معادل میلیون‌ها میلیارد برابر جرم خورشید در دوران اولیه جهان باشد.

این سیاهچاله در کهکشان باستانی GN-z11 قرار دارد، که ۱۳.۴ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد و به همین دلیل به نظر می‌رسد که تنها ۴۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ وجود داشته است. جرم خود سیاهچاله حدود ۶ میلیون برابر خورشید است و به نظر می‌رسد که از ماده کهکشان اطراف خود پنج برابر سریع‌تر از حدی که نظریه‌های کنونی آن را پایدار می‌دانند تغذیه می‌کند.

دپارتمان فیزیک دانشگاه کمبریج و رهبر محققان روبرتو مایولینو(Roberto Maiolino) در بیانیه‌ای این کشف را «جهشی بزرگ رو به جلو» برای علم سیاهچاله توصیف کردند.

مایولینو در این بیانیه گفت: دیدن چنین سیاهچاله‌ای با این جرم در کیهان خیلی زود است، بنابراین باید راه‌های دیگری را در نظر بگیریم که ممکن است این سیاهچاله‌ها شکل بگیرند. کهکشان‌های بسیار اولیه بسیار غنی از گاز بودند، بنابراین مانند بوفه‌ای برای سیاه‌چاله‌ها عمل می‌کردند.

آیا سیاهچاله‌های پرجرم پرخور هستند؟

اندازه سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم اولیه در زمانی که کیهان کمتر از یک میلیارد سال سن داشته، برای نظریه‌های شکل‌گیری مشکل‌ساز شده است، زیرا رسیدن به جرم میلیون‌ها یا میلیاردها برابر جرم خورشید باید به اندازه میلیاردها سال تغذیه مداوم طول بکشد.

جان ریگان(John Reagan)، پژوهشگر دانشگاه مینوت که در این تحقیق نقشی نداشت، می‌گوید: مثل دیدن یک خانواده است که در خیابان راه می‌روند، و آن‌ها دو نوجوان ۶ فوتی(۱.۸ متری) دارند، اما یک کودک نوپا با قد ۶ فوتی نیز همراه خود دارند. این کمی مشکل‌ساز است؛ چگونه یک کودک نوپا تا این حد قد بلند شده است؟ و این برای سیاهچاله‌های کلان جرم در جهان هم همینطور است. چگونه آنها به این سرعت به این اندازه بزرگ شدند؟

دانشمندان در حال حاضر دو مسیر اصلی در نظر دارند که سیاهچاله‌ها می‌توانند برای رسیدن به چنین جرمی در کیهان اولیه طی کنند. آنها می‌توانند به عنوان دانه‌های سیاهچاله کوچکی شروع شوند که هنگام فروپاشی ستارگان عظیم در پایان عمرشان و پس از میلیون‌ها یا میلیاردها سال ایجاد می‌شوند، یا می‌توانند به طور کامل از این مرحله بگذرند.

اگر ابرهای عظیمی از گاز سرد و غبار فرو بریزند و بلافاصله یک دانه سیاهچاله سنگین با جرم چند میلیون برابر خورشید تشکیل شود، ممکن است این اتفاق بیفتد. به این ترتیب، این فرآیند میلیون‌ها یا میلیاردها سال تکامل ستارگان را به سرعت می‌گذراند و یک شروع قوی در فرآیندهای تغذیه از ادغام ستاره‌ها دارد که به رشد دانه‌های سیاه‌چاله‌ها و تبدیل آنها به سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم کمک می‌کند. کشف این سیاهچاله جدید باستانی با جرمی چند میلیون برابر خورشید به نفع این نظریه است.

با این حال، از طرف دیگر، سرعتی که این سیاهچاله درکهکشان GN-z11 در حال تجمع ماده است می‌تواند نشان دهد که سیاهچاله‌ها ممکن است سریع‌تر از سایر سیاه‌چاله‌های کشف‌شده در کیهان اولیه تغذیه کند. این می‌تواند برای نظریه‌های دانه سیاه‌چاله‌های کوچک راهگشا باشد.

یک فرمول ریاضی به نام حد ادینگتون نشان می‌دهد که یک جسم، مانند یک ستاره، با چه سرعتی می‌تواند جرم جمع کند، بدون اینکه تشعشعی که ساطع می‌کند یا همان درخشندگی آن، جرم را از بین ببرد و در نتیجه ذخیره غذا را متوقف کند.

در حالی که سیاهچاله‌ها نوری از خود ساطع نمی‌کنند زیرا توسط یک خط مرزی به نام افق رویداد محدود شده‌اند، تأثیر گرانشی عظیم آنها باعث می‌شود که موادی که در اطراف آنها می‌چرخد به شدت متلاشی شده و گرم شوند و در این فرآیند تابش ساطع کنند. هر چه سیاهچاله سریعتر تغذیه شود، تابش نور آن ناحیه که هسته فعال کهکشانی (AGN) نامیده می‌شود، شدیدتر است.

بنابراین، محدودیت ادینگتون در این منطقه اعمال می‌شود و می‌تواند به طور مشابه برای دفع مواد و قطع تغذیه سیاه‌چاله عمل کند.

این سیاهچاله تازه کشف شده با سرعتی پنج برابر بیشتر از حد ادینگتون، ماده را از کهکشان میزبان خود جمع می‌کند. دوره‌های به اصطلاح «افزایش شدید ادینگتون» ممکن است رخ دهد اما این کار را در دوره‌های محدود انجام می‌دهد.

این تیم تخمین زدند که اگر این دوره از تغذیه برای این سیاهچاله به مدت ۱۰۰ میلیون سال ادامه داشت، ممکن بود زندگی را به عنوان یک دانه سیاهچاله سنگین آغاز نمی‌کرد. این سیاهچاله می‌تواند از یک دانه سیاهچاله با جرم بسیار سبک ستاره‌ای بین ۲۵۰ تا ۳۷۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ تشکیل شده باشد و به سرعت به جرمی که  جیمز وب آن را مشاهده کرده، رسیده باشد.

تغذیه سیاهچاله ممکن است کهکشان میزبان آن را نابود کند

چیزی که این تیم نسبتا به آن اطمینان دارد این است که تغذیه شدید این سیاهچاله مسئول خود GN-z11 است که حدود ۱۰۰ برابر کوچکتر از کهکشان راه شیری و بسیار درخشان است.

اما این سیاهچاله پرخور احتمالا رشد کهکشان میزبان خود را نیز متوقف خواهد کرد.

بادهای فوق سریع ذراتی که از اطراف سیاهچاله تغذیه می‌کنند، احتمالا گاز و غبار را از قلب کهکشان دور می‌کنند. ابرهای سرد گاز و غبار به ستاره‌های متولد شده برخورد می‌کنند و بنابراین این بدان معناست که سیاهچاله در حال آسیاب کردن تولد ستاره‌ای است و در این روند رشد این کهکشان کوچک را از بین برده است.

تیم پشتیبان این تحقیق، علاوه بر اطلاعات بیشتر در مورد این سیاه‌چاله و کهکشان آن، معتقد است که قدرت جیمز وب باید به کشف سیاه‌چاله‌های بیشتری در کیهان اولیه کمک کند. به طور خاص، آنها به دنبال کشف دانه‌های کوچک سیاهچاله در دوران نوزادی کیهان هستند. تحقیقات این تیم در روز چهارشنبه، ۱۷ ژانویه، در مجله نیچر منتشر شد.