تلسکوپ جیمز وب و کشف یک سیاهچاله ستارهنما در آغاز جهان
تلسکوپ فضایی جیمز وب با کشف جرمی عجیب در نخستین دورههای شکلگیری جهان، بار دیگر نگاه دانشمندان به کیهان را تغییر داده است. این جرم که به نام MoM-BH-1* شناخته میشود، ظاهری شبیه یک ستاره دارد، اما روشنایی آن حدود ۱۰۰ میلیارد برابر بیشتر از هر ستارهای است که تاکنون شناخته شده. پژوهشگران معتقدند این جرم احتمالاً یک سیاهچاله ستارهنما است؛ ساختاری عجیب که در آن یک سیاهچاله عظیم درون پوششی متراکم از گاز هیدروژن پنهان شده و از فاصله بسیار دور مانند یک ستاره دیده میشود.
این کشف میتواند به حل یکی از بزرگترین معماهای دوران جیمز وب کمک کند: اینکه چرا تعداد زیادی جرم کوچک و قرمز در جهان اولیه دیده میشوند و چگونه سیاهچالههای بسیار پرجرم در مدت کوتاهی پس از مهبانگ رشد کردهاند.
سیاهچاله ستارهنما چیست و چرا دانشمندان را شگفتزده کرده است؟
دانشمندان برای توضیح ویژگیهای MoM-BH*-1 یک مفهوم جدید را مطرح کردهاند: سیاهچاله ستارهنما. این جرم احتمالاً یک سیاهچاله بسیار بزرگ است که با لایهای عظیم و متراکم از گاز هیدروژن احاطه شده است.
بر اساس مدلهای ارائهشده، در مرکز این ساختار یک سیاهچاله با جرمی حدود ۱۰۰ هزار برابر خورشید قرار دارد. اطراف آن نیز پوششی از گاز وجود دارد که میتواند در مقیاسی بزرگتر از منظومه شمسی گسترده شده باشد.
در یک ستاره معمولی، انرژی از همجوشی هستهای در مرکز ستاره تولید میشود؛ اما در این جرم، منبع انرژی احتمالاً مادهای است که به سمت سیاهچاله سقوط میکند. این مواد هنگام نزدیک شدن به سیاهچاله بسیار داغ میشوند و انرژی عظیمی تولید میکنند.
سیاهچاله ستارهنما؛ کشف یک جرم مرموز در دوران طلوع کیهانی
MoM-BH*-1 زمانی دیده میشود که جهان تنها چند صد میلیون سال عمر داشته است؛ دورهای که به آن «طلوع کیهانی» گفته میشود.
این جرم در ابتدا در جستوجوی کهکشانهای بسیار دور توسط گروهی از پژوهشگران شناسایی شد. برنامهای که این بررسی را انجام داد «Mirage or Miracle» نام داشت؛ زیرا دانشمندان با مشکلی روبهرو شده بودند: برخی کهکشانهای اولیه آنقدر درخشان به نظر میرسیدند که تشکیل سریع آنها غیرممکن به نظر میرسید.
اما بررسیهای دقیقتر نشان داد که برخی از این اجرام شاید کهکشانهای عظیم نباشند، بلکه نور بسیار زیاد آنها از یک منبع مرکزی مانند یک سیاهچاله فعال ناشی شود.
چرا این سیاهچاله ستارهنما قرمز دیده میشود؟
یکی از ویژگیهای مهم MoM-BH*-1 رنگ بسیار قرمز آن است. معمولاً اجرام قرمز در فضا به دلیل وجود گردوغبار اطرافشان چنین ظاهری پیدا میکنند؛ زیرا ذرات گردوغبار نورهای کوتاهتر را جذب کرده و باعث میشوند جسم قرمزتر دیده شود.
اما این جرم رفتار متفاوتی نشان داد. دادههای جیمز وب نشان داد که ویژگیهای نوری آن با یک جرم معمولی پوشیدهشده از گردوغبار مطابقت ندارد.
طیف نوری این جرم یک تغییر شدید به نام شکست بالمر (Balmer Break) را نشان داد؛ پدیدهای که به رفتار هیدروژن مربوط است. شدت این تغییر به حدی زیاد بود که دانشمندان احتمال وجود ستارگان معمولی را رد کردند.
سیاهچاله ستارهنما؛ پوششی از هیدروژن که یک سیاهچاله را شبیه ستاره نشان میدهد
پژوهشگران مدلهای مختلفی را بررسی کردند تا ببینند آیا میتوان ویژگیهای این جرم را بدون استفاده از گردوغبار توضیح داد یا نه.
نتیجه شگفتانگیز بود: اگر گاز هیدروژن بسیار متراکم باشد، میتواند مانند سطح یک ستاره بزرگ عمل کند. در این حالت، تابش تولیدشده توسط سیاهچاله از میان این پوشش عبور کرده و ظاهر نهایی جرم را شبیه یک ستاره ایجاد میکند.
بر اساس مدل پژوهشگران، این پوشش گازی میتواند بین ۱۰ تا ۱۰۰ واحد نجومی گسترده باشد. برای مقایسه، هر واحد نجومی تقریباً برابر فاصله زمین تا خورشید است.
آیا سیاهچاله ستارهنما راز رشد سریع سیاهچالههای نخستین را حل میکند؟
یکی از پرسشهای بزرگ اخترشناسان این است که چگونه سیاهچالههایی با جرم میلیاردها برابر خورشید توانستند در کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگ شکل بگیرند.
یکی از توضیحهای احتمالی این است که برخی سیاهچالههای اولیه دورههایی از رشد بسیار سریع را تجربه کردهاند. وجود پوششهای ضخیم گازی میتواند به آنها اجازه داده باشد مقدار زیادی ماده جذب کنند و با سرعت بیشتری رشد کنند.
MoM-BH*-1 ممکن است نمونهای از همین مرحله اولیه رشد باشد؛ زمانی که یک سیاهچاله جوان در میان حجم عظیمی از گاز قرار گرفته و انرژی آن باعث شده مانند یک ستاره بسیار درخشان دیده شود.
ارتباط سیاهچاله ستارهنما با «نقاط قرمز کوچک» جیمز وب
یکی از بزرگترین معماهای دادههای تلسکوپ جیمز وب، تعداد زیاد اجرامی است که دانشمندان آنها را «نقاط قرمز کوچک» یا Little Red Dots مینامند.
این اجرام کوچک و بسیار دور، نشانههایی از فعالیت سیاهچالهای دارند، اما برخی ویژگیهایشان شبیه ستارهها یا کهکشانها است.
پژوهشگران احتمال میدهند MoM-BH*-1 نمونه واضحی از این جمعیت باشد؛ یعنی جرمی که در آن نور سیاهچاله آنقدر زیاد است که حتی کهکشان میزبان خود را تحتالشعاع قرار میدهد.
جمعبندی
کشف سیاهچاله ستارهنما MoM-BH-1* نشان میدهد جهان اولیه ممکن است بسیار پیچیدهتر از چیزی باشد که تصور میکردیم. این جرم عجیب که ظاهری مانند ستاره دارد اما انرژی آن از یک سیاهچاله تغذیه میشود، میتواند سرنخ مهمی درباره تولد و رشد نخستین سیاهچالههای عظیم جهان ارائه دهد.
پژوهشهای آینده با کمک جیمز وب مشخص خواهد کرد که آیا این جرم یک نمونه نادر است یا نماینده جمعیتی بزرگ از اجرام پنهان در نخستین میلیارد سال تاریخ کیهان.
