ستارهشناسان بهتازگی دورترین و از نظر زمانی قدیمیترین سیاهچاله تأییدشده تاکنون را شناسایی کردهاند؛ جسمی که بههنگامِ تنها 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ (Big Bang) جرمِ حدود 300 میلیون برابر جرم خورشید را داشته است. این سیاهچاله در مرکز یک کهکشان فشرده با نام CAPERS-LRD-z9 قرار دارد و اندازه و رشد آن برای آن دوران کیهانی بسیار چشمگیر است. شناسایی چنین سیاهچالهای نه تنها مرزهای مشاهداتی ما را به عقب میبرد، بلکه میتواند توضیحی برای یک رده مرموز از اجرام اولیه که به «نقاط سرخ کوچک» (Little Red Dots یا LRDها) شناخته شدهاند، ارائه دهد.
زمینه علمی: LRDها و نقش تلسکوپ جیمز وب
LRDها اجسام کوچک، قرمز و بسیار درخشان در دوران اولیه عالم هستند که حدود 600 میلیون سال پس از انفجار بزرگ آشکار میشوند و ظرف کمتر از یک میلیارد سال بعد از صحنه محو میشوند. دیدن این اجرام پیشتر ممکن نبود؛ تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) بهواسطه حساسیت فروسرخ بیسابقهاش توانست سپیدهدم کیهانی (Cosmic Dawn)، یعنی نخستین دورههای روشنشدن گیتی، را رصد کند. نور این اجرام در مسیر طولانی خود در زمان و فضا به طول موجهای قرمزتر کشیده شده است (پدیدهای بهنام انتقال به سرخ یا redshift) و به همین دلیل LRDها در تصاویر JWST به رنگهای قرمزِ بسیار برجسته دیده میشوند.
دادهها و طیفسنجی: چگونه سیاهچاله تأیید شد
سیاهچاله CAPERS-LRD-z9 بهصورت یک هسته فعال کهکشانی (AGN: Active Galactic Nucleus) ظاهر شده است؛ یعنی یک سیاهچالهی ابرپرجرم که با سرعت بالا ماده را میبلعد و گاز و غبار بهصورت یک پوشش درخشان آن را فراگرفتهاند. این پوشش باعث میشود که هستهی کهکشانی بهرنگ قرمز دیده شود و گاهی توصیفهایی شبیهِ «ستارهی سیاهچالهای» بهنظر برسد.
یکی از شاخصهای قاطع در تأیید وجود سیاهچاله، سرعتهای بسیار بالای گاز پیرامون آن است: گازها با سرعتی در حدود 3,000 کیلومتر بر ثانیه (معادل تقریباً 1 درصد سرعت نور) حرکت میکنند. این سرعتها با طیفسنجی اندازهگیری شدهاند؛ روش طیفسنجی پرتوهای ورودی را به طولموجهایشان میشکند و اطلاعاتی دربارهٔ ترکیب، دما و سرعت حرکت گازها از طریق انتقال به سرخ یا آبیِ خطوط طیفی فراهم میآورد. همانطور که آنتونی تیلور از دانشگاه تگزاس در آستین میگوید: «چیزهای بسیار کمی وجود دارند که چنین نشانهای تولید کنند.»
مقایسه جرمها و نسبت جرم به ستارگان
تأیید طیفسنجی CAPERS-LRD-z9 از ایدهای حمایت میکند که LRDها ممکن است میزبانِ سیاهچالههای ابرپرجرم باشند؛ و وقتی میگوییم ابرپرجرم، اغلب این واژه هم کمگویی است. برخی از این سیاهچالهها در کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ به جرمهای میلیونها برابر خورشید میرسند (برای مقایسه: سیاهچاله مرکزی راه شیری حدود 4 میلیون جرم خورشیدی دارد).
علاوه بر این، نسبت جرم سیاهچاله به جرم ستارهای میزبان در بعضی از این اجرام بسیار بالاست — تا جایی که سیاهچاله میتواند 10 درصد تا حتی برابر با 100 درصد جرم ستارهای کهکشان را داشته باشد. در CAPERS-LRD-z9، سیاهچالهای تا حدود 300 میلیون جرم خورشیدی میتواند معادل نیمی از جرم تمام ستارگان آن کهکشان باشد؛ در حالی که در کهکشانهای محلی این نسبت معمولاً حدود 0.1 درصد است.
ابعاد کهکشان میزبان
خود کهکشان CAPERS-LRD-z9 نیز بسیار فشرده است؛ بهقدری کوچک که حتی JWST قادر به تفکیک ساختار دقیق آن نیست. برآوردها حد بالایی در حدود 1,140 سال نوری برای قطر آن میدهند که در حوزه اندازهی کهکشانهای کوتولهای قرار میگیرد.
سناریوهای رشد سریع: بذرها و نرخهای رشد
پژوهشگران دو مسیر اصلی را برای رشد این سیاهچاله عظیم در مدت 500 میلیون سال پیشنهاد میکنند. هر دو مسیر با وجود یک «بذر» سنگین آغاز میشوند:
- اگر سیاهچاله با نرخ نظری بیشینهی رشد (نرخ اِدینگتون، Eddington rate) رشد کرده باشد، بذر اولیه باید حدود 10,000 جرم خورشیدی بوده باشد.
- در سناریوی دیگر، بذر میتواند بسیار سبکتر (مثلاً حدود 100 جرم خورشیدی) آغاز شده و سپس با نرخ فوقاِدینگتونی (super-Eddington) و تغذیهٔ فراوان از غلظت گاز پیرامون رشد کند.
منشأ این بذرها میتواند متفاوت باشد: سیاهچالههای پرینسبی (primordial black holes) حاصل نوسانات در زمانِ انفجار بزرگ، فروپاشی ستارگان نسل III (Population III، اولین ستارگان کیهان)، برخوردهای فرارِ ستارهای در خوشههای متراکم یا فروریزش مستقیم ابرهای عظیم گازیِ اولیه.
پیامدها و چشماندازهای آینده
این کشف مرزهای مشاهداتی ما را به نزدیکترین دوران ممکن به انفجار بزرگ میبرد: «وقتی دنبال سیاهچالهها میگردیم، این تقریباً به اندازهٔ عملی این است که چقدر میتوانیم به عقب برگردیم؛ ما در حال فشار دادن مرزهای چیزهایی هستیم که تکنولوژی فعلی میتواند شناسایی کند»، تیلور اضافه میکند. اگر LRDها در حقیقت میزبانِ سیاهچالههای بسیار پرجرم بودهاند، این پدیده میتواند یک مرحله کوتاهعمری و کلیدی در تکامل کهکشانها باشد — مرحلهای که در نهایت میتواند به پیدایش کهکشانهایی شبیه به راه شیری بینجامد.
از منظر فناوری، رصدهای بعدی با JWST و دیگر تلسکوپهای نسل بعدی (از جمله تلسکوپهای فروسرخ زمینی و آرایههای رادیویی) برای پیگیری خواص طیفی، اندازهگیری دقیقتر جرمها و نقشهبرداری از محیط اطراف این اجرام ضروری است. این مشاهدات به تعیین منشأ بذرها و نرخهای رشد و همچنین نقش بازخوردهای انرژیای که سیاهچالهها به محیط کهکشانی وارد میکنند، کمک خواهند کرد.
نتیجه گیری
کشف CAPERS-LRD-z9 و تأیید طیفسنجیِ هستهٔ فعال آن، نشانهٔ روشنی است از وجود سیاهچالههای ابرپرجرم در دورترین عصرهای شناختهشدهٔ عالم. این نتیجه نه تنها راز «نقاط سرخ کوچک» را تا حدی روشن میکند، بلکه پرسشهای جدیدی درباره منشأ بذرهای سیاهچاله، مکانیزمهای رشد سریع و تأثیر این اجرام بر تکامل کهکشانها مطرح میسازد. پیشرفتهای بیشتر در مشاهدات فروسرخ و طیفسنجی میتواند تصویر دقیقتری از این مرحلهٔ بحرانی در تاریخ کیهان به ما بدهد.
