اخترشناسان موفق به شناسایی سیاهچالهای شدهاند که تنها ۷۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ وجود داشته و جرمی ۵۰ میلیون برابر جرم خورشید داشته است.
به گزارش سرویس نجوم تکناک، این سیاهچاله با استفاده از دادههای تلسکوپ فضایی جیمزوب در کهکشانی به نام Abell 2744-QSO1 مشاهده شده است؛ کهکشانی که برخلاف انتظار، جرم ستارهای بسیار کمی دارد. این موضوع باعث شده است که پژوهشگران با یک تناقض اساسی روبهرو شوند، چرا که بر اساس نظریههای استاندارد، چنین سیاهچاله عظیمی باید در دل یک کهکشان پرستاره شکل گرفته باشد.
در نگاه رایج اخترفیزیک، ستارهها نخستین اجرامی هستند که از فروپاشی ابرهای گازی متولد میشوند و سیاهچالهها معمولاً در مراحل پایانی عمر ستارههای بسیار بزرگ پدید میآیند. سپس این سیاهچالهها در بازههای زمانی طولانی با بلعیدن گاز و ادغام با دیگر سیاهچالهها به تدریج رشد میکنند. به همین دلیل، توضیح وجود سیاهچالههای بسیار پرجرم در نخستین میلیارد سال تاریخ کیهان همواره یکی از چالشهای بزرگ اخترشناسی بوده است.
سیاهچاله کشفشده در QSO1 این چالش را پیچیدهتر کرده است. بررسیها نشان میدهد که این کهکشان، تعداد ستارههای کافی برای توضیح رشد چنین سیاهچالهای را در اختیار نداشته است. به بیان دیگر، به نظر میرسد پیش از آنکه کهکشان میزبان آن فرصت رشد طبیعی پیدا کند، این سیاهچاله به جرم بسیار بالایی رسیده است.
در تکناک بخوانید: آیا ما داخل یک سیاهچاله زندگی میکنیم؟
بویوان لیو، پژوهشگر پسادکتری در دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان این مطالعه اعلام کرده است که مشاهده سیاهچالهای ۵۰ میلیون برابر خورشید، یک معمای جدی ایجاد میکند. به گفته او، نظریههای سنتی بیان میکنند که ستارهها یا پیش از سیاهچالهها یا همزمان با آنها شکل میگیرند، اما در این مورد، شواهد چنین روندی را تأیید نمیکند.
پژوهشگران برای بررسی این تناقض به سراغ ایدهای رفتند که دههها پیش مطرح شده اما تاکنون شواهد مستقیمی برای آن به دست نیامده بود، که ایده سیاهچالههای نخستین است. این اجرام فرضی نخستین بار در دهه ۱۹۷۰ توسط استیون هاوکینگ و برنارد کار مطرح شدند. بر اساس این ایده، برخی سیاهچالهها از مرگ ستارهها ایجاد نشدهاند، بلکه به صورت مستقیم از نوسانهای شدید چگالی در جهان بسیار اولیه و اندکی پس از مهبانگ به وجود آمدهاند.
در مدلهای کلاسیک، انتظار میرود بیشتر سیاهچالههای نخستین بسیار کوچک و کوتاهعمر باشند. با وجود این، تیم لیو بررسی کرد که آیا تعداد اندکی از این اجرام میتوانستهاند زنده بمانند و تحت شرایط خاص به سرعت رشد کنند یا خیر. پژوهشگران برای این منظور، شبیهسازیهای پیشرفتهای طراحی کردند که چندین فرایند فیزیکی را به طور همزمان در نظر میگرفت.
این شبیهسازیها شامل بررسی جریان گاز بهسوی یک سیاهچاله نخستین پرجرم، شکلگیری احتمالی ستارهها در اطراف آن و بازگشت مواد ناشی از انفجارهای ستارهای به محیط اطراف بود. پژوهشگران کار خود را با یک بذر سیاهچالهای با جرمی در حدود ۵۰ میلیون برابر خورشید آغاز کردند و سپس روند تکامل آن را در طول زمان دنبال کردند.
نتایج این مدلها نشان داد که چنین سناریویی میتواند باعث سیاهچالهای با ویژگیهای مشاهدهشده در QSO1 شود. زمانی که دادههای بهدستآمده از شبیهسازیها با مشاهدات واقعی تلسکوپ جیمز وب مقایسه شد، تطابق قابل توجهی در جرم نهایی سیاهچاله، تعداد اندک ستارهها و حتی ترکیب شیمیایی محیط اطراف آن دیده شد.
با وجود این، پژوهشگران تأکید کردند که این نتایج به معنای اثبات قطعی منشأ نخستین این سیاهچاله نیست. آنها تنها نشان میدهند که چنین سناریویی با دادههای موجود سازگار است، در حالی که مدلهای استاندارد شکلگیری سیاهچالهها در توضیح این جرم با مشکلات جدی مواجه هستند.
بیشتر بخوانید: کشف قدرتمندترین درخشش یک سیاهچاله در تاریخ بشر + ویدیو
چالشهای مهمی همچنان باقی است. شبیهسازیهای رایج از سیاهچالههای نخستین به ندرت اجرامی بزرگتر از یک میلیون برابر جرم خورشید تولید میکنند؛ عددی که فاصله زیادی با سیاهچالهای ۵۰ میلیون برابر خورشید دارد. این مسئله نشان میدهد که تحت فرضیات معمول، رشد چنین سیاهچالهای بسیار دشوار است.
یکی از راهحلهای احتمالی این است که سیاهچالههای نخستین در محیطهای بسیار متراکم و به صورت خوشهای شکل گرفته باشند و از طریق ادغام با یکدیگر، جرم خود را با سرعت بیشتری افزایش داده باشند. هرچند، این فرایند هنوز بهخوبی درک نشده است و مدلسازی آن پیچیدگیهای زیادی دارد.
مسئله حلنشده دیگر، نیاز احتمالی به فورانهای شدید تابشهای پرانرژی در زمان شکلگیری سیاهچالههای نخستین است؛ پدیدهای که تاکنون شواهد مستقیمی از آن در نزدیکی QSO1 مشاهده نشده است.
این پژوهش که نتایج آن در پایگاه arXiv منتشر شده است، نشان میدهد که کیهان اولیه ممکن است پیچیدهتر از آن باشد که مدلهای فعلی توصیف میکنند. پژوهشگران امیدوار هستند که با کشفیات آینده تلسکوپ جیمز وب و نمونههای مشابه QSO1، بتوانند پاسخ دقیقتری به این پرسش بدهند که بزرگترین سیاهچالههای جهان دقیقاً چگونه و چه زمانی متولد شدهاند.
