دانشمندان قدیمی‌ترین سیاه‌چاله کلان‌جرم جهان را کشف کردند

به گزارش ساینس‌آلرت، کشف سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم درست در آغاز جهان، رکوردهای پیشین سیاه‌چاله‌های آغازین را در هم شکست. این سیاه‌چاله در کهکشانی به نام UHZ1 در فاصله‌ی ۴۷۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شناسایی شد. در این دوره‌ی زمانی جهان هنوز نوزاد بود. درواقع این دوره به‌قدری به آغاز جهان نزدیک است که سیاه‌چاله‌ی یادشده در مرحله‌ی تکامل و رشد به سر می‌برد.

سیاه‌چاله‌ در فاصله‌ی بسیار دوردستی قرار دارد، به گونه‌ای که نور آن برای رسیدن به ما، سفری ۱۳٫۲ میلیارد ساله را طی کرده است. این سیاه‌چاله به کمک قدرت رصدخانه‌ی پرتوی ایکس چاندرا، تلسکوپ فضای جیمز وب (JWST) و پدیده‌ی لنز گرانشی کشف شد.

به گزارش گروهی از اخترزیست‌شناس‌های مرکز اخترفیزیک هاروارد، این کشف شواهدی کلیدی را درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم آشکار می‌کند. بر این اساس سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم با فروپاشی گرانشی ابر عظیمی از گاز به وجود می‌آیند و سپس به‌مرور زمان رشد می‌کنند.

محدودیت‌های فیزیکی برای سرعت رشد یکباره‌ی سیاه‌چاله‌ها وجود دارند، اما سیاه‌چاله‌هایی که در ابتدا با جرم زیاد متولد می‌شوند، می‌توانند به سرعت رشد کنند. این فرآیند مانند کاشتن نهالی است که نسبت به هسته‌ی گیاه، به زمان کمتری برای تبدیل‌شدن به درخت نیاز دارد.

نکته‌ی جالب توجه درباره‌ی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم این است که این اجرام به شکل غیرقابل درکی عظیم هستند. کمان ای*، سیاه‌چاله کلان‌جرم قلب راه شیری به اندازه‌ی ۴٫۳ میلیون خورشید جرم دارد. البته این سیاه‌چاله در مقایسه با سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم دیگر ابعاد متوسطی دارد.

هنوز نمی‌دانیم سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم چگونه به چنین جرمی می‌رسند، اما یک ویژگی در حال آشکار شدن است: تعداد بیشتری از این اجرام در جهان آغازین وجود دارند و ابعادشان بیشتر از آن است که از چیزی مثل ستاره آن‌هم در فاصله کمی از بیگ‌بنگ شکل گرفته باشند.

بهترین روش برای محاسبه‌ی چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های عظیم در آغاز جهان، رصد و استنتاج بر اساس مشاهدات است. طلوع کیهانی که یک میلیارد سال اول بیگ‌بنگ را دربر می‌گیرد، زمان بسیار دوردستی است و هر نوری در این زمان دوردست به دلیل کشیدگی انبساط فضازمان، بسیار ضعیف و سرخ است.

جیمز وب، قدرتمندترین تلسکوپ فضایی است که تاکنون ساخته شده و جهان را در طیف نور سرخ رصد می‌کند. بااین‌حال حتی این تلسکوپ هم به تنهایی کافی نیست. پژوهشگرها برای رصد UHZ1 از روشی نسبیتی موسوم به لنز گرانشی استفاده کردند. این لنزها زمانی به وجود می‌آیند که مقدار زیادی گرانش در یک نقطه مثل یک خوشه‌ی کهکشانی باعث خم‌شدن فضازمان اطراف آن نقطه شود. به این‌ترتیب هر نوری از بخش‌های دوردست جهان از این نقاط خمیدگی فضازمانی عمل کند، بزرگ‌نمایی، تکرار و حتی دچار اعوجاج می‌شود.

کهکشان UHZ1 در آن سوی خوشه‌ای کهکشانی به نام آبل ۲۷۴۴ قرار دارد. فاصله‌ی آبل از زمین به ۳٫۵ میلیارد سال نوری می‌رسد و از این رو باعث بزرگ‌نمایی چهاربرابری نور UHZ1 می‌شود. به این ترتیب جیمز وب توانست نور کهکشان را تشخیص دهد و چاندرا پرتوهای ایکس منتشرشده از گاز اطراف سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم مرکزی آن را آشکار کرد.

پژوهشگرها بر اساس نور، جرم سیاه‌چاله و کهکشان آن را تخمین زدند. اگر سیاه‌چاله مواد را با حداکثر سرعت ببلعد، جرم آن بین ۱۰ میلیون تا ۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است. این جرم برابر است با جرم سایر ستاره‌های موجود در کهکشان UHZ1.

معمولا نسبت جرم یک سیاه‌چاله به جرم کهکشان میزبان تقریبا نیم‌درصد است. بر اساس جرم‌های به‌دست‌آمده، UHZ1 و کهکشان آن در مرحله‌ی طفولیت هستند و هسته‌ی سیاه‌چاله احتمالا حاصل فروپاشی مستقیم بوده نه برافزایش آهسته.

به باور پژوهشگرها، کشف سیاه‌چاله‌ی UHZ1 اولین رصد از سیاه‌چاله‌‌ای با ابعاد غیرمعمولی و بهترین مدرک از شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها از ابرهای گازی است. برای اولین بار شاهد مرحله‌ی کوتاهی هستیم که در آن سیاه‌چاله به اندازه‌ی ستاره‌های کل کهکشان میزبان خود وزن دارد.

البته یافته‌ها مدل برافزایش آهسته را حداقل برای برخی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم نقض نمی‌کند، اما بر اساس شواهد، حداقل در آغاز جهان، فروپاشی مستقیم بهترین روش برای شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده بزرگ بوده است.

یافته‌های پژوهشگران برای انتشار در مجله‌ی نیچر استرونومی پذیرفته شده و در پایگاه آرکایو در دسترس است.