9 دقیقه
رصدهای جدید اینترفرومتری جرم کوازار J0529 را بازبینی کردند
کاوش در اولین میلیارد سال تاریخ کیهان نیازمند اندازهگیریهای دقیق و تفسیر محتاطانه است. یک مطالعهٔ بینالمللی تازه که با ابزار GRAVITY+ روی اینترفرومتر تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانهٔ جنوبی اروپا (VLT‑I) انجام شده است، جرم J0529 — درخشانترین کوازار شناختهشده در جهان — را بهمیزانی یک مرتبهٔ بزرگتر کاهش داده است. این نتیجه روشهای معمول برآورد جرم سیاهچالههای ابرپرجرم در قرمزشیفتهای بالا را دوباره کالیبره میکند و نشان میدهد چگونه خروجیهای قوی گازی میتوانند اندازهگیریهای طیفنگاری را مغشوش کنند.
J0529 که نخستینبار در سال 2024 کشف شد، در قرمزشیفتی قرار دارد که فاصلهٔ آن را حدود 12.5 میلیارد سال نوری — زمانی که جهان تقریباً 1.5 میلیارد ساله بود — نشان میدهد. پیش از این برآورد شده بود که این کوازار میزبان سیاهچالهای در حدود 10 میلیارد جرم خورشیدی است. آن برآورد بر روش استانداردی مبتنی بود: استفاده از پهنای خطوط نشر پهن ناشی از دیسک برافزایشی کوازار و فرض غالب بودن سرعتهای مداری در ناحیهٔ خطوط پهن (BLR) و اعمال روابط مقیاسپذیری و ویرِیال برای استنتاج جرم مرکزی.
اما رصدهای جدید با GRAVITY+ توانستند BLR را بهصورت فضایی تفکیک کنند و مستقیماً خروجی گاز قدرتمندی را شناسایی کنند — جتی از ماده که با سرعتی در حدود 10,000 کیلومتر بر ثانیه گسترش مییابد — که بهطور مستقل از حرکت مداری باعث پهنشدن خطوط نشر میشود. با حذف سهم خروجیها از پروفیل خطوط، جرم بازنگریشدهٔ سیاهچاله تقریباً برابر 8e8 (800 میلیون) جرم خورشیدی بهدست آمد؛ یعنی حدود دهبرابر کمتر از برآورد اولیه، با این حال هنوز از دیدگاه کهکشانی مقدار بسیار بزرگی است. در این بازبینی، کلمات کلیدی مهم شامل «کوازار»، «سیاهچاله ابرپرجرم»، «خروجی گاز» و «اینترفرومتری» هستند و در سرتاسر متن بهصورت طبیعی وارد شدهاند.
چگونه خروجیها بر برآورد جرم تأثیر میگذارند: روشها و تلهها
برآورد جرم سیاهچالهها در کوازارهای دور معمولاً مبتنی بر طیفنگاری تکاپیزود است: اندازهگیری پهنای خطوط نشر پهن (مثلاً Hβ، Mg II، C IV)، برآورد اندازهٔ BLR از طریق روابط مقیاس یا نگاشت طنین (reverberation mapping) و اعمال یک ضریب ویرالی برای تبدیل سرعت به جرم. فرض زیربنایی این است که پهنشدن خطوط عمدتاً نشاندهندهٔ حرکت کپلری (Keplerian) پیرامون سیاهچاله است.
وقتی مؤلفههای سینماتیکی اضافی حضور دارند — مانند خروجیها یا ورودهای شعاعی، بادهای راندهشده توسط فشار تابش، یا شوکهای مرتبط با جتها — پروفیل خطوط به دلایلی مستقل از سرعت مداری گسترده میشود. در مورد J0529، تصویرسازی اینترفرومتریکِ GRAVITY+ به تیم اجازه داد تا بخش چرخشی BLR را از مؤلفهٔ شعاعی پرسرعت جدا کند. این تفکیک امکان تصحیح اندازهگیری پهنا و بازمحاسبهٔ جرم ویرالی را با دقت بیشتری فراهم کرد و نشان داد که بدون تفکیک فضایی، خطاهای سیستماتیک قابلتوجهی در برآورد جرم وجود دارد.
تصویر هنریِ یک سیاهچالهٔ سریعاً تغذیهشونده که خروجیهای گازی قدرتمندی تولید میکند.
این تصحیح اهمیت بالایی دارد، زیرا بزرگنمایی جرمها در زمانهای اولیهٔ کیهان میتواند مدلهای ما دربارهٔ تشکیل بذرهای سیاهچاله و رشد آنها را دگرگون کند. اگر سیاهچالههای ابرپرجرم در قرمزشیفتهای بالا بهصورت سیستماتیک کوچکتر از حد تصور قبلی باشند، برخی سناریوهای رشد سریع و پیوسته یا ایدهٔ بذرهای فروپاشی مستقیمِ عظیم ممکن است نیاز به بازنگری یا تنظیم داشته باشند. بهویژه، این یافته پیامدهایی برای مدلهای نظری دربارهٔ نرخهای کاکرد توده، ساختار BLR و نقش فیدبک رادیاتیو در تکامل کهکشانها دارد.
پیشزمینهٔ علمی و جزئیات رصدی
GRAVITY+ توانمندی VLT را با ترکیب همدما (coherent) نور از چند تلسکوپ 8 متری افزایش میدهد تا یک روزنهٔ مجازی با توان تفکیک بسیار بالاتر از هر تلسکوپ منفرد ایجاد کند. این قابلیت اینترفرومتریک امکان طیفنگاری با تفکیک مکانی در مقیاس میلیثانیهٔ قوسی را فراهم میآورد — که برای جداسازی مؤلفههای سرعتی که بهطور فضایی همپوشانی دارند در BLR کوازارهای دور حیاتی است.
در این مطالعه، طیفهای اینترفرومتریک در نزدیکی مادونقرمز تحلیل شد و هندسه و سینماتیک BLR بازسازی گردید. با نگاشت میدان سرعت در سرتاسر BLR، تیم به یک مؤلفهٔ چرخشی رسید که با حرکت مداری بسته سازگار است و یک مؤلفهٔ شعاعی متمایز که با یک خروجی سریع یا جت مطابقت دارد. اثر سرعت خروجی در بالهای خطوط نشر غالب بود؛ بالهایی که قبلاً صرفاً بهعنوان پهنای مداری تفسیر شده بودند.
نویسندگان این مقاله خروجی پرانرژی را به رخدادهای برافزایش فراتر از حد ادینگتون (super‑Eddington accretion) نسبت میدهند. در فازهای فراتر از ادینگتون، نرخ برافزایش موقتی از حد کلاسیک ادینگتون فراتر میرود — حدی که در آن فشار تابش با گرانش برای یک جرم مشخص تعادل برقرار میکند — و بادهای قدرتمندی راندهشده توسط تابش تولید میشود که میتوانند بخش قابلتوجهی از جرم ورودی را بیرون برانند. اگرچه این فازها رشد سریع را در بازههای کوتاه ممکن میسازند، ولی با اخراج ماده میتوانند انباشت خالص جرم را کاهش دهند و بدینترتیب مسیر تکامل سیاهچاله را تغییر دهند.
پیامدها برای رشد سیاهچالهها و تکامل کهکشانها در عصر اولیه
کاهش برآورد جرم J0529، اگرچه تنها یک نقطهٔ داده را در جمعیت کوازارهای اولیه تغییر میدهد، اما درس روششناختیِ گستردهای ارائه میکند: خروجیهای فضاییتفکیکنشده میتوانند به برآوردهای سیستماتیک بیش از حد جرم منجر شوند زمانی که تنها بر پهنای طیفی تکاپیزود تکیه میکنیم. یک بازبینی سطح جمعیت که نشانههای خروجی را در نظر بگیرد میتواند جرمهای استنباطشدهٔ بعضی از کوازارهای قرمزشیفتبالا را کاهش دهد و محدودیتها را بر مدلهای بذر و تاریخچههای برافزایش تغییر دهد.
خروجیها همچنین اثرات فیدبک مستقیم بر شکلگیری کهکشان دارند. جتها و بادهای قدرتمند میتوانند گاز را از مناطق مرکزی بیرون برانند، تشکیل ستاره را بهصورت محلی مهار کنند و مواد غنیشده را به محیط پیرامون کهکشانی و میانکهکشانی منتقل کنند. در مورد J0529، خروجی 10,000 کیلومتر بر ثانیه نشان میدهد چگونه یک هستهٔ فعال میتواند در عرض چند میلیارد سال پس از مهبانگ میزبان خود و محیط اطرافش را تحت تأثیر قرار دهد و نقش تعیینکنندهای در تعیین ساختار ستارهای و توزیع فلزات ایفا کند.
فناوریهای مرتبط و افقهای آینده
نتایج GRAVITY+ بر ارزش اینترفرومتری با زاویهٔ تفکیک بالا و طیفنگاری فضاییتفکیکشده برای گشودن سینماتیک BLR تأکید میکند. تاسیسات آینده — مانند Extremely Large Telescope (ELT)، برنامههای پیگیری تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) و اینترفرومترهای پیشنهادی نسل بعد — این توانایی را به نمونههای بزرگتر و اهداف ضعیفتر گسترش خواهند داد. این توسعهٔ فنّی به خصوص برای مطالعهٔ جمعیت کوازارهای دور و تعیین آماریٔ خصوصیات سیاهچالههای اولیه حیاتی است.
ترکیب اینترفرومتری با پایش چندطولیموجی (اشعهٔ ایکس، فرابنفش، دیدنی، مادونقرمز و رادیویی) برای شناسایی نشانههای خروجی در سراسر طیف الکترومغناطیسی، محدود کردن هندسه و حالات یونیزاسیون، و اندازهگیری نرخهای از دستدهی جرم حیاتی خواهد بود. این رویکرد چندگانه به ما کمک میکند تا تصویر جامعتری از سرعت رشد سیاهچالههای اولیه و تأثیر آنها بر تکامل کهکشانها بسازیم و پارامترهای مدلهای نظری را بهتر مقید کنیم. علاوه بر این، استفادهٔ همزمان از مشاهدات طیفی و تصویربرداری اینترفرومتریک به کاهش خطاهای سیستماتیک در برآورد جرمها کمک میکند.
دیدگاه کارشناسی
«تفکیک فضایی BLR تحول مهمی برای علم کوازارهای با قرمزشیفت بالا است،» دکتر اِلنا مارکز، اخترفیزیکدانی فرضی متخصص در سینماتیک AGN، میگوید. «GRAVITY+ به ما این امکان را میدهد که چرخش را از خروجی مستقیماً جدا کنیم و خطاهای سیستماتیک در برآورد جرم را کاهش دهیم. این فقط دربارهٔ یک جسم نیست — این دربارهٔ بهبود دقت سرشماری سیاهچالههای دور است.»
دکتر مارکز میافزاید، «با پیشرفت تکنیکهای اینترفرومتریک و تلسکوپهای بزرگتر، باید انتظار داشته باشیم بازبینیهای جرمی بیشتری رخ دهد. این تصحیحات به همسوسازی مشاهدات با مدلهای نظری تشکیل بذر و رشد اولیه کمک خواهند کرد.» این دیدگاه نشاندهندهٔ ترکیب دانش فنی، روششناسی مشاهدهای و اهمیت عوامل فیزیکی مانند سوپر-ادینگتونی بودن و فیدبک در تحلیلهای تودهٔ سیاهچالهها است.
نتیجهگیری
رصدهای GRAVITY+ از J0529 نشان میدهد چگونه ابزارهای پیشرفته میتوانند فروضِ جاسازیشده در تکنیکهای تحلیل استاندارد را واژگون کنند. با تفکیک فضایی BLR و جدا کردن یک خروجی قدرتمند 10,000 کیلومتر بر ثانیه، پژوهشگران تخمین جرم سیاهچالهٔ این کوازار را تا یک دهه کاهش دادند. این یافته دید ما را نسبت به رشد سیاهچالههای ابرپرجرم در اوایل کیهان اصلاح میکند، نفوذ فرایندهای فراتر از ادینگتون و فیدبک را برجسته میسازد و ضرورت طیفنگاری فضاییتفکیکشده برای بهدست آوردن برآوردهای قابلاطمینان جرم در جهان دور را نشان میدهد. با ورود تلسکوپها و اینترفرومترهای نسل بعد، اخترشناسان خواهند توانست این روشها را روی نمونههای بزرگتری اعمال کنند و تصویر ما از اولین میلیارد سال تکامل کیهانی را بیش از پیش صیقل دهند.
منبع: sciencealert
ارسال نظر