تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) نور ستارگانی را که برخی از اولین سیاهچاله های کلان پرجرم جهان را احاطه کرده اند رصد کرده است – سیاهچاله هایی که کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ مشاهده شده اند.
این مشاهدات که توسط تیمی در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد، به این سوال پاسخ می‌دهد که چگونه این تیتان‌های کیهانی که در قلب کهکشان‌ها زندگی می‌کنند به جرم عظیمی معادل میلیون‌ها (گاهی حتی میلیاردها) خورشید رشد کردند. به طور خاص، چگونه آنها به این سرعت رشد کردند؟ این یافته‌ها همچنین می‌توانند به معمای آنچه که در ابتدا آمده، کهکشان یا ابرپرجرم پاسخ دهند سیاه چاله?
سیاهچاله های بسیار پرجرم مشاهده شده توسط تیم MIT به شدت از مواد اطراف تغذیه می کنند و نیروهای جزر و مدی عظیمی را در یک قرص ماده به نام دیسک برافزایش، در نتیجه خود دیسک می درخشد. این وضعیت تغذیه، اشیاء نامیده شده را تغذیه می کند اختروش هاکه در دل می نشیند کهکشان های فعال. کوازارها یکی از درخشان‌ترین اجرام در فضا هستند، برخی از آنها به قدری درخشان هستند که از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان‌های اطرافشان بیشتر می‌تابند.
سیاهچاله های کلان پرجرم نیز توسط رمز و راز احاطه شده اند – به خصوص زمانی که 1 میلیارد سال پیش در 13.8 میلیارد سال تاریخ کیهان. این به این دلیل است که فرآیند پیوسته همجوشی از سیاه چاله هاطبق آن دانشمندان معتقدند سیاهچاله های کلان جرم در طول زمان رشد می کنند، باید میلیاردها سال طول بکشد تا ادامه یابد. پس چگونه این شکاف های غول پیکر تنها حدود 1 میلیارد سال پس از بیگ بنگ وجود دارند؟
خوب، یک حدس این است که آنها شروع به کار کردند و از به اصطلاح شکل گرفتند سیاهچاله های “دانه سنگین”..
متصل: نمایی جدید از سیاهچاله عظیم در قلب کهکشان راه شیری به یک ویژگی پنهان هیجان انگیز اشاره می کند.
با استفاده از JWST برای مشاهده نور ضعیفی که از ستاره های شش کهکشان میزبان می آید اختروش های باستانیتیم MIT برای اولین بار شواهدی را جمع آوری کرد که نشان می دهد سیاهچاله های کلان پرجرم در جهان اولیه واقعاً از دانه های سنگین رشد کرده اند.
آنا کریستینا ایلرز، یکی از اعضای تیم و استادیار فیزیک دانشگاه MIT، “این سیاهچاله ها میلیاردها بار از خورشید جرم ترند در زمانی که جهان هنوز در مراحل اولیه خود بود.” در بیانیه ای گفت. “نتایج ما نشان می دهد که در اوایل جهان، سیاهچاله های کلان جرم ممکن است جرم خود را قبل از کهکشان های میزبان خود جمع کرده باشند، و دانه های سیاهچاله اولیه ممکن است پرجرم تر از امروز بوده باشند.”
چه چیزی اول شد؟ سیاهچاله یا کهکشان آن؟
در دهه 1960 کشف شد، در ابتدا تصور می شد که روشنایی شدید اختروش ها از یک نقطه ستاره مانند منشا می گیرد. این منجر به نام “اختروش” شد که نمونه ای از اصطلاح “شبه ستاره ای” است. با این حال، محققان به زودی دریافتند که اختروش ها در واقع به دلیل تجمع مقادیر عظیمی از ماده روی آن ایجاد می شوند سیاهچاله های بسیار پرجرم در قلب کهکشان ها
با این حال، این اجرام نیز توسط ستارگانی احاطه شده اند که بسیار کم نورتر و مشاهده آنها سخت تر است. این به این دلیل است که این نور ستاره توسط نور درخشان اختروشی که ستارگان به دور آن می چرخند، از بین می رود. بنابراین، جدا کردن نور از اختروش‌ها و نور از ستارگان اطراف آنها کار ساده‌ای نیست، شبیه دیدن نور شب تاب‌هایی که روی یک چراغ فانوس دریایی در حدود یک مایل دورتر نشسته‌اند.
این توانایی JWST برای بررسی بیشتر در زمان با این حال، بیش از هر تلسکوپ قبلی، همراه با حساسیت و وضوح بالای آن، این چالش را کمتر دلهره آور کرد. بنابراین تیم MIT توانست نوری را که حدود 13 میلیارد سال است از شش اختروش در کهکشان های باستانی به زمین سفر می کند، رصد کند.
این اختروش با قدری از کهکشان میزبان خود پیشی گرفته است. مینگهائو یوئه، عضو تیم، عضو فوق دکترا در موسسه اخترفیزیک و مطالعات فضایی کاولی MIT، گفت: تصاویر قبلی به اندازه کافی واضح نبودند که تشخیص دهند کهکشان میزبان با تمام ستارگانش چگونه است. اکنون، برای اولین بار، می‌توانیم با مدل‌سازی بسیار دقیق تصاویر بسیار واضح‌تر از این اختروش‌ها در JWST، نور این ستارگان را آشکار کنیم.»
داده های JWST شامل اندازه گیری تابش نور هر یک از شش اختروش در طیف وسیعی از طول موج ها است. این اطلاعات سپس به یک مدل کامپیوتری داده شد که توضیح می‌دهد چه مقدار از آن نور را می‌توان به یک منبع نقطه‌ای فشرده – قرص برافزایشی در اطراف سیاهچاله – و چه مقدار از آن را می‌توان به یک منبع پراکنده‌تر نسبت داد – ستاره‌های پراکنده در سراسر کهکشان. .
با تقسیم نور به دو منبع، این تیم همچنین توانست جرم دو عنصر این کهکشان ها را استنباط کند. این نشان داد که سیاهچاله های پرجرم جرمی برابر با حدود 10 درصد از جرم ستارگان اطراف خود دارند.
در حالی که ممکن است این یک عدم تعادل بزرگ به نفع ستاره ها به نظر برسد، در نظر بگیرید که چگونه در کهکشان های مدرن، سیاهچاله های مرکزی پرجرم تنها 0.1 درصد جرم ستارگان در کهکشان های اطراف خود دارند.
“این چیزی در مورد آنچه که ابتدا رشد می کند به ما می گوید: آیا سیاهچاله ابتدا رشد می کند و سپس کهکشان به عقب می رسد؟ یا کهکشان و ستارگان آن ابتدا رشد می کنند و آنها بر رشد سیاهچاله مسلط و تنظیم می کنند؟” ایلرز گفت. “ما می بینیم که سیاهچاله ها در جهان اولیه به نظر می رسد سریعتر از کهکشان های میزبان خود رشد می کنند.
این شواهد آزمایشی است که نشان می دهد دانه های سیاهچاله اولیه ممکن است در آن زمان حجیم تر بوده باشند.
“بعد از به وجود آمدن جهان، سیاهچاله های دانه ای وجود داشتند که مواد را مصرف کردند و در مدت زمان بسیار کوتاهی رشد کردند. یکی از سوالات بزرگ این است که بفهمیم این سیاهچاله های هیولا چگونه می توانند اینقدر بزرگ و سریع شوند.” “باید مکانیزمی وجود داشته باشد که باعث شود یک سیاهچاله جرم خود را زودتر از کهکشان میزبان در آن میلیارد سال اول به دست آورد.
“این اولین مدرکی است که ما در مورد آن می بینیم که هیجان انگیز است.”
نتایج تیم در مجله اخترفیزیک.