تصویری از لبه زمان: نوری که بیش از ۱۲.۵ میلیارد سال پیش از یک کهکشان راه افتاده بود، اکنون به ما رسیده است و در دل آن کشفی شگفت‌انگیز پنهان است. اخترشناسان سه سیاهچاله کلان‌جرم را شناسایی کرده‌اند که در یک کهکشان بسیار دور، به‌طور فعال در حال بلعیدن ماده هستند. این کشف دریچه‌ای کمیاب به سوی فهم چگونگی رشد و ادغام سیاهچاله‌ها در زمانی می‌گشاید که کیهان هنوز جوان بود.
مرکزی شلوغ در جهانی ۱.۲ میلیارد ساله
این کهکشان که با نام J0148-4214 فهرست شده، در انتقال به سرخ z = 5.02 قرار دارد. به زبان ساده، یعنی ما این سامانه را همان‌گونه می‌بینیم که حدود ۱.۲ میلیارد سال پس از مهبانگ وجود داشته است. در آن دوره، کهکشان‌ها هنوز در حال شکل‌گیری، برخورد و بازآرایی ساختار خود بودند. گروهی به سرپرستی پژوهشگران مؤسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب به درون این جرم باستانی نگاه کردند و نه یک، بلکه سه سیاهچاله را یافتند که به‌طور فعال گاز را جذب می‌کنند.
دو سیاهچاله در نزدیکی مرکز کهکشان گرد هم آمده‌اند. در تصویر آسمان، فاصله آن‌ها فقط حدود ۶۲۰ سال نوری است، آن‌قدر نزدیک که کشش گرانشی متقابلشان احتمالا طی چند صد میلیون سال آینده آن‌ها را به سوی ادغام سوق خواهد داد. سیاهچاله سوم بسیار دورتر قرار دارد، در حدود ۵۵۰۰ سال نوری از مرکز، جرمی تنها که بلافاصله پرسش‌هایی درباره گذشته و آینده خود برمی‌انگیزد.
اخترشناسان چگونه سه سیگنال را از هم جدا کردند
یافتن چند سیاهچاله فعال در یک کهکشان دوردست کار آسانی نیست. در چنین فاصله‌هایی، حتی تلسکوپ جیمز وب نیز همیشه نمی‌تواند منابع نقطه‌ای جداگانه را تفکیک کند. این کشف بر اثرانگشت‌های طیفی تکیه داشت، به‌ویژه خطوط گسیلی هیدروژن که سرعت‌های بسیار بالا را آشکار می‌کنند. طیف مرکزی پیچیده بود و گروه پژوهشی از روش اخترسنجی طیفی استفاده کرد تا جابه‌جایی‌های مکانی بسیار کوچک خطوط گسیلی را در سراسر کهکشان اندازه‌گیری کند؛ روشی که با دنبال کردن تغییر مرکز نور در طول موج‌های مختلف، ساختارهایی کوچک‌تر از حد تفکیک ابزار را نمایان می‌سازد.
این تحلیل، گسیل مرکزی درهم‌آمیخته را به دو سیاهچاله متمایز و در حال برافزایش تفکیک کرد. هسته فعال سوم نیز از داده‌های تفکیک‌پذیر مکانی در حاشیه‌های کهکشان آشکار شد. پژوهشگران بر پایه شکل طیف‌ها و درخشندگی‌ها، جرم سیاهچاله‌ها را حدود ۸۰ میلیون، ۲ میلیون و ۰.۶ میلیون برابر جرم خورشید برآورد کردند. برخلاف انتظار، کوچک‌ترین عضو این سه‌گانه ظاهرا با بیشترین سرعت در حال تغذیه است و بالاتر از حد کلاسیک ادینگتون برافزایش می‌کند، حدی که بسیاری از مدل‌های ساده رشد آن را به عنوان سقف در نظر می‌گیرند.
هانا اوبلر، نویسنده اصلی مقاله و سرپرست گروه پژوهشی در مؤسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک، گفت: "این نخستین شواهد از وجود سه سیاهچاله فعال در یک کهکشان در جهان دوردست است." او افزود که این نتیجه نشان می‌دهد محیط‌های کیهانی آغازین در گردآوردن سیاهچاله‌های پرجرم بسیار کارآمد بوده‌اند و راه را برای آن دسته از ادغام‌هایی هموار کرده‌اند که رصدخانه‌های امواج گرانشی در آینده به دنبال آن‌ها خواهند بود.
نقشه کهکشان دوردست J0148-4214 در هیدروژن یونیده (Hα). جایگاه سه سیاهچاله پرجرم با دایره‌های سیاه نشان داده شده است (بدون مقیاس). پرجرم‌ترین و کم‌جرم‌ترین سیاهچاله‌ها در مرکز کهکشان قرار دارند؛ سیاهچاله سوم در حاشیه کهکشان جای گرفته است.
چرا این کشف برای رشد سیاهچاله و امواج گرانشی مهم است
ادغام کهکشان‌ها بخشی بنیادین از شکل‌گیری سلسله‌مراتبی ساختارهاست؛ تصویری که در آن سامانه‌های کوچک با هم ترکیب می‌شوند و سامانه‌های بزرگ‌تر را می‌سازند. وقتی کهکشان‌ها ادغام می‌شوند، سیاهچاله‌های مرکزی آن‌ها به یک همسایگی مشترک آورده می‌شوند و در نهایت می‌توانند به هم بپیوندند، سیاهچاله‌های پرجرم‌تری بسازند و انرژی را در قالب امواج گرانشی آزاد کنند. مشاهده چند هسته فعال درون یک کهکشان با انتقال به سرخ بالا، پشتوانه‌ای تجربی برای این مسیر رشد سریع در جهان آغازین فراهم می‌کند.
دکتر جووانی ماتزولاری، از نویسندگان همکار و پژوهشگر مؤسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک، تأکید کرد که داده‌های تلسکوپ جیمز وب به گروه اجازه داد فراتر از صرفا تشخیص اجرام بروند. آن‌ها با ترکیب اطلاعات طیفی و مکانی توانستند نه‌تنها جرم سیاهچاله‌ها و نرخ برافزایش را برآورد کنند، بلکه جرم ستاره‌ای کهکشان میزبان را نیز تخمین بزنند؛ جرمی که حدود ۱.۳ میلیارد برابر جرم خورشید برآورد شده است. در این چارچوب، سیاهچاله‌ها بخش قابل توجهی از جرم کهکشان را تشکیل می‌دهند و این موضوع نشان می‌دهد هسته‌های فعال تا چه اندازه در شکل‌دهی کهکشان‌های جوان اثرگذار بوده‌اند.
روبرتو مایولینو، از نویسندگان همکار و استاد دانشگاه کمبریج، خاطرنشان کرد که ادغام‌ها می‌توانند مسیر سریعی برای ساخت سیاهچاله‌های کلان‌جرمی فراهم کنند که در انتقال به سرخ بالا مشاهده می‌کنیم. اگر دو جرم مرکزی طی چند صد میلیون سال آینده ادغام شوند، بازمانده آن‌ها می‌تواند جهشی بزرگ در جرم داشته باشد و تکامل کهکشان، از جمله شکل‌گیری ستاره‌ها و پویایی گاز را دگرگون کند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر لیلا مورنو، اخترفیزیک‌دان خیالی که جمعیت اجرام فشرده را مطالعه می‌کند، گفت: "کشف‌هایی از این دست شیوه نگاه ما به جمعیت‌شناسی سیاهچاله‌ها در دوران آغازین کیهان را تغییر می‌دهد. دیدن چند هسته فعال در یک کهکشان باستانی نشان می‌دهد شرایط لازم برای رشد سریع، از همان ابتدا فراهم بوده است. همچنین به ما می‌گوید وقتی رصدخانه‌های فضایی امواج گرانشی آغاز به کار کنند، باید انتظار سیگنال‌های فراوانی از ادغام سیاهچاله‌ها داشته باشیم."
فراتر از عنوان خبر، خود روش رصدی نیز اهمیت دارد. ابزارهای طیف‌نگاری تصویری که طیف‌سنجی تفکیک‌پذیر مکانی ارائه می‌دهند، مانند JWST NIRSpec-IFS، برای یافتن همراهان پنهان در سامانه‌های دوردست و شلوغ بسیار مناسب‌اند. بدون این اطلاعات مکانی، اخترشناسان ممکن بود J0148-4214 را یک هسته فعال منفرد بدانند و پویایی در جریان آن را از دست بدهند.
پیامدها و گام‌های بعدی
چند پرسش مهم همچنان بی‌پاسخ مانده است. آیا سیاهچاله خارج از مرکز، بازمانده‌ای است که پس از یک ادغام پیشین بر اثر پس‌زنی گرانشی جابه‌جا شده، یا هنوز پس از یک برخورد کهکشانی تازه‌تر در حال مارپیچ‌زدن به سوی درون است؟ هسته‌های فعال سه‌گانه در انتقال به سرخ بالا تا چه اندازه رایج‌اند و چه سهمی از آن‌ها به ادغام‌های پیاپی منجر می‌شود که می‌توانند طی چند صد میلیون سال، سیاهچاله‌هایی با جرم میلیارد برابر خورشید بسازند؟
رصدهای آینده می‌توانند نمونه‌ها را گسترش دهند، محیط کهکشان میزبان را با جزئیات بیشتری بررسی کنند و با شبیه‌سازی‌هایی دنبال شوند که پویایی گاز و پس‌زنی گرانشی را در بر می‌گیرند. در کنار تأسیسات آینده امواج گرانشی و پیمایش‌های ژرف‌تر تلسکوپ جیمز وب، سامانه‌هایی مانند J0148-4214 به پر کردن فاصله میان مدل‌های نظری و آنچه جهان واقعا در نخستین میلیارد سال خود انجام داده است کمک خواهند کرد.
نتیجه‌گیری
شناسایی سه سیاهچاله کلان‌جرم که درون یک کهکشان واحد از سپیده‌دم کیهان به‌طور فعال در حال تغذیه‌اند، شاهدی چشمگیر است. این کشف نشان می‌دهد شکل‌گیری کهکشان‌ها در دوران آغازین تا چه اندازه می‌توانسته پیچیده و پویا باشد و ادغام‌ها را به عنوان مسیری محتمل و سریع برای رشد سیاهچاله‌ها برجسته می‌کند. با بهبود توانایی‌های رصدی، باید انتظار شگفتی‌های بیشتری از کیهان در انتقال به سرخ بالا داشته باشیم.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.