ستاره شناسان دورترین سیاه چاله در عالم شناخته‌شده را کشف کردند
در عالم شناخته‌شده، سیاه‌چاله‌های فراوانی وجود دارند که برخی از آن‌ها بزرگ‌تر و پیرتر از دیگران هستند. به‌تازگی گروهی از ستاره‌شناسان موفق شده‌اند سیاه‌چاله‌ای بسیار بزرگی که ۸۰۰ میلیون برابر خورشید جرم دارد، در فاصله‌ی ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین شناسایی کنند. این سیاه‌چاله در عالم اولیه است؛ یعنی زمانی که جهان هنوز چند صد میلیون سال سن داشته است. این دورترین سیاه‌چاله‌ای است که در عالم شناخته‌شده، کشف شده و دقیقاً ۶۹۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ یا انفجار بزرگ دیده شده که در نوع خود شگفت‌انگیز است.
اِدواردو بانیادوس، رهبر این گروه پژوهشی از دانشگاه کارنگی ملون آمریکا، می‌گوید:
جمع‌آوری این جرم عظیم در طول ۶۹۰ میلیون سال، نظریه‌های در مورد رشد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را به چالش می‌کشد.
تا پیش از این، دورترین سیاه‌چاله‌ای که دیده شده بود، ۸۰۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ شکل گرفته بود؛ اما این کشف جدید، ماجرا را شگفت‌انگیزتر می‌کند. این سیاه‌چاله‌ی کشف‌شده در حال حاضر با نام علمی J1342+0928 فهرست‌بندی شده است و در مرکز توده‌ای عظیم از گازهای چرخان بسیار درخشان که در ناحیه مرکزی یک کهکشان هستند، قرار گرفته است و نیروی لازم یک اختروَش (کوازار) در حال شکل‌گیری را تأمین می‌کند. این سیاه‌چاله در میان داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط ۳ تلسکوپ پیمایشی شناسایی شده است: داده‌های باند Z از دوربین انرژی تاریک (DECam) در رصدخانه میان‌آمریکایی سرو تولولو در شیلی، داده‌های مادون قرمز از کاوشگر پیمایشی میدان عریض ناسا و داده‌های مادون قرمز تلسکوپ پیمایشی ژرفای آسمان بریتانیا.
اختروَش‌ها نورانی‌ترین اجرام موجود در جهان هستند و برخی از آن‌ها نوری از خود ساطع می‌کنند که چندین برابر درخشان‌تر از کهکشان‌های بزرگ است؛ اما سیاه‌چاله‌ها از خود هیچ نوری ساطع نمی‌کنند. نوری که توسط تلسکوپ‌های پیمایشی مشاهده شده، ناشی از حرکت شتاب‌دار دیسکی است که در اطرف سیاه‌چاله گردش می‌کند. این دیسک، متشکل از گازها و غبارهایی است که با سرعت سرسام‌آوری حرکت می‌کنند و مادامی که گرانش بسیار زیاد مرکز سیاه‌چاله آن‌ها را پس از تغذیه به‌صورت جت به بیرون پرتاب می‌کند، اصطکاک عظیمی به وجود می‌آورند. اختروَش‌ها بسیار نورانی هستند؛ اما آن‌قدری از زمین فاصله دارند که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شوند و تنها به کمک تلسکوپ می‌توان آن‌ها را مشاهده کرد.
اختروَش‌ها ابزاری باارزش برای مشاهده‌ی جهان به شمار می‌روند؛ بنابر این می‌توان نور دریافت‌شده از آن‌ها را تجزیه و تحلیل کرد تا بتوان اطلاعاتی در مورد هیدروژنی که در طول این مدت به سمت زمین حرکت کرده است، به دست آورد. از آن‌جایی که سیاه‌چاله J1342+0928 بسیار پیر است؛ می‌تواند اطلاعات بسیار با ارزشی در مورد دوره یونیزه شدن مجدد در اختیار ما قرار دهد. این دوره را شاید بتوان مهم‌ترین نقطه در تاریخ جهان نامید. پس از وقوع مه‌بانگ، جهان ما به‌گونه‌ای به یک سوپ ابتدایی بسیار داغ و تاریک در مقیاس کیهانی شباهت داشت که به‌سرعت در حال گسترش بود.
پس از آن‌که این سوپ ابتدایی گسترش یافت، سردتر شد و اجازه داد پروتون‌ها و نوترون‌ها با یکدیگر در اتم‌های یونیزه‌ی هیدروژن ترکیب شوند. حدود ۲۰۰ هزار تا ۳۰۰ هزار سال پس از مه‌بانگ، این اتم‌های هیدروژن، الکترون‌ها را به خود جذب کردند و هیدروژن خنثی به وجود آمدند. در این مقطع زمانی، نور می‌توانست آزادانه در جهان بی‌کران حرکت کند و الکترون‌های آزاد را پراکنده نکند؛ اما این اتفاق تا زمانی که گرانش نخستین ستاره‌ها و کهکشان‌ها را در این فضای تاریک جمع‌آوری کرد، رخ نداد. در این مقطع بود که نور نخستین ستاره‌ها روشن شد و در جهان شروع به حرکت کرد. طبق نظریه‌های فعلی ما، پس از این اتفاق دیری نپایید که هیدروژن خنثی به‌وسیله‌ی نور فرابنفش این ستاره‌های جوان، کهکشان‌ها و اختروَش‌ها، برانگیخته شد.
سیاه‌چاله کشف‌شده اطلاعاتی در مورد دوره‌ی یونیزه شدن مجدد در اختیار ما قرار می‌دهد
این اتفاق، مجدداً بسیاری از هیدروژن موجود در عالم را یونیزه کرد و باز هم آن را به پروتون‌ها و الکترون‌ها تفکیک کرد. تقریباً تا حدود ۱ میلیارد سال پس از مه‌بانگ، این فرآیند یونیزه شدن مجدد تکمیل شد. تعیین دقیق زمانی که یونیزه شدن مجدد به همراه تمام سازوکارهای پیچیده‌ی آن آغاز شد، کاری بسیار دشوار است و دانشمندان نمی‌توانند در مورد آن نظر قطعی دهند.
اِدواردو بانیادوس در این خصوص می‌گوید:
یونیزه شدن مجدد، آخرین تغییر حالت بزرگ جهان به شمار می‌رود و یکی از مرزهای علم اخترشناسی است که تاکنون از آن عبور نکرده‌ایم.
اکنون زمانی است که سیاه‌چاله‌ی J1342+0928 به کمک ما می‌آید. تجزیه‌وتحلیل نور این اختروَش نشان می‌دهد که بخش بزرگی از فضای اطراف سیاه‌چاله را هیدروژن خنثی تشکیل داده است. این نشان می‌دهد که ۶۹۰ میلیون سال پس از مه‌بانگ، هنوز فرآیند یونیزه شدن مجدد رخ نداده است. این می‌تواند نشان دهد که یونیزه شدن مجدد، تقریباً در اواخر دوره‌ی شکل‌گیری جهان رخ داده است.
در تصویری که در بالا مشاهده می‌کنید، نمایشی شماتیک از آن‌چه ما می‌توانیم از کشف صورت‌گرفته یاد بگیریم، آورده شده است. مشاهده‌ی این نقطه‌ی آسمان به‌وسیله‌ی یکی از تلسکوپ‌های ماژلان (تلسکوپ پایین سمت چپ) به ما این امکان را می‌دهد تا در مورد اطلاعات خود از دوره‌ی یونیزه شدن مجدد (حباب‌های موجود در تصویر) پس از وقوع مه‌بانگ (تصویر بالا سمت راست) تجدید نظر کنیم و اطلاعات را به‌روز کنیم.
اما کشف سیاه‌چاله J1342+0928 یک معمای دیگر پیش روی دانشمندان می‌گذارد. جرم این سیاه‌چاله، با جرم سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم امروزی برابری می‌کند و این یعنی طبق مدل‌های تکامل کهکشانی ما، این سیاه‌چاله باید در کهکشانی بسیار مناسب قرار گرفته باشد که مملو از مواد است؛ زیرا در این مدت اندک توانسته به یک سیاه‌چاله کلان‌جرم تبدیل شود.
کشف تازه، بخشی از یک پژوهش طولانی‌مدت در مورد یافتن اختروَش‌های جهان اولیه است و دانشمندانی که روی این پروژه کار می‌کنند، تخمین زده‌اند که احتمالاً چیزی در حدود ۲۰ الی ۱۰۰ جرم نورانی را که به اندازه‌ی J1342+0928 دور و بزرگ هستند، در سرتاسر آسمان شناسایی شوند. با یافتن سیاه‌چاله‌ها و اختروَش‌های بیشتر، ستاره‌شناسان می‌توانند تکه‌های پازل دوره‌ی یونیزه شدن مجدد در جهان اولیه را کنار هم بگذارند و سرانجام به توضیح و مدلی قابل قبول از تکامل کهکشانی برسند که می‌تواند این سازوکار را توضیح دهد.
دنیل استرن از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، در خصوص کشف صورت‌گرفته می‌گوید:
این یک کشف بسیار هیجان‌انگیز است که توسط ستاره‌شناسانی صورت گرفته که کار با ابزار جدید را به‌خوبی می‌دانند. آن‌ها از تلسکوپ‌های پیمایشی مستقر در شیلی و هاوایی استفاده کردند و کاوشگر پیمایشی مادون قرمز میدان عریض ناسا را که در مدار است، هدایت کردند تا این کشف مهم را انجام دهند. به کمک تجهیزات نسل جدید و تجهیزات حساس‌تری که در آینده به کار گرفته می‌شوند، ما می‌توانیم کشف‌های مهم‌تری طی سال‌های آینده در جهان اولیه انجام دهیم.
نتایج این پژوهش در نشریه Nature منتشر شده است.
نظرات