کشف دورترین سیاه‌چاله‌ در پرتو ایکس توسط تلسکوپ‌های ناسا

گروهی از ستاره شناسان با ترکیب داده های «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا» و« تلسکوپ فضایی جیمز وب»، دورترین سیاه چاله را در پرتو ایکس کشف کردند.

به گزارش ایسنا به نقل از ناسا، ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ های ناسا، دورترین سیاه چاله ای را کشف کرده اند که تا به حال در پرتو ایکس دیده شده است. این سیاه چاله که پیشتر هرگز مشاهده نشده بود، در مراحل اولیه رشد خود به سر می برد و در این مرحله جرم آن مشابه کهکشان میزبانش است. این نتیجه ممکن است توضیح دهد که چگونه برخی از نخستین سیاه چاله های کلان جرم در جهان شکل گرفتند.

این گروه پژوهشی با ترکیب داده های «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا» و «تلسکوپ فضایی جیمز وب» توانستند نشانه ای از یک سیاه چاله در حال رشد را تنها ۴۷۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ بیابند.

«آکوش بوگدان» (Akos Bogdan) پژوهشگر «مرکز اخترفیزیک هاروارد اسمیتسونیان» (CfA) گفت: ما به جیمز وب برای یافتن این کهکشان بسیار دور و چاندرا برای یافتن سیاه چاله کلان جرم آن نیاز داشتیم. همچنین، ما از یک ذره بین کیهانی بهره بردیم که میزان نوری تشخیص داده شده را افزایش می داد. این اثر بزرگ نمایی بعنوان  «هم گرایی گرانشی» شناخته می شود.

بوگدان و گروهش یک سیاه چاله را در کهکشانی به نام «UHZ۱» در جهت خوشه کهکشانی «آبل ۲۷۴۴» (Abell ۲۷۴۴) که در فاصله ۳.۵ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد، پیدا کردند. داده های جیمز وب نشان دادند که کهکشان بسیار دورتر از خوشه و در فاصله ۱۳.۲ میلیارد سال نوری از زمین قرار دارد؛ یعنی هنگامی که جهان تنها سه درصد از سن کنونی خود را داشت.

بیش از دو هفته مشاهده با چاندرا، وجود گاز شدید و فوق گرم و پرتو ایکس را در این کهکشان نشان داد که علامتی برای وجود یک سیاه چاله بزرگ در حال رشد است. نور کهکشان و پرتوهای ایکس در اطراف سیاه چاله بزرگ آن توسط ماده مداخله گر در آبل ۲۷۴۴ به دلیل همگرایی گرانشی تقریبا چهار برابر میشوند، سیگنال فروسرخ شناسایی شده توسط جیمز وب را تقویت می کنند و به چاندرا امکان می دهند تا منبع کم نور پرتو ایکس را شناسایی کند.

این کشف برای درک کردن اینکه چگونه برخی از سیاه چاله های کلان جرم میتوانند بلافاصله پس از انفجار بزرگ به توده های بزرگ تبدیل شوند، مهم است. آیا آنها مستقیما از فروپاشی ابرهای بزرگ گازی تشکیل می شوند و سیاه چاله هایی را با وزن بین ۱۰ هزار تا ۱۰۰ هزار خورشید ایجاد می کنند یا از انفجار اولین ستاره هایی پدید می آیند که سیاه چاله هایی با وزن بین ۱۰ تا ۱۰۰ خورشید را ایجاد می کنند؟

«اندی گولدینگ» (Andy Goulding) پژوهشگر «دانشگاه پرینستون» (Princeton University)، یکی از پژوهشگران این پروژه و پژوهشگر ارشد پروژه جدیدی است که در «The Astrophysical Journal Letters» به چاپ رسید و فاصله و جرم کهکشان را با استفاده از جیمز وب مورد بررسی قرار داد.

گولدینگ گفت: محدودیت های فیزیکی در مورد سرعت رشد سیاه چاله ها پس از تشکیل شدن وجود دارد اما سیاه چاله هایی که پرجرم تر به دنیا می آیند، شروع خوبی دارند. این مانند کاشتن نهالی است که رشد آن برای تبدیل شدن به یک درخت کامل، به زمان کمتری در مقایسه با رشد کردن از یک دانه نیاز دارد.

گروه بوگدان شواهد محکمی پیدا کرده اند که نشان می دهد سیاه چاله تازه کشف شده، با اندازه بزرگی متولد شده است. براساس درخشندگی و انرژی پرتو ایکس، جرم آن بین ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون خورشید تخمین زده می شود. این محدوده جرمی مشابه همه ستاره های حاضر در کهکشان محل زندگی آن است و در تضاد کامل با سیاه چاله های مرکز کهکشان های جهان مجاور به شمار می رود که معمولا تنها حدود یک دهم درصد از جرم ستاره های کهکشان میزبان آنها را شامل می شود.

جرم بزرگ سیاه چاله در سنین جوانی، به علاوه مقدار پرتو ایکس که تولید می کند و روشنایی کهکشان که توسط جیمز وب شناسایی شده است، همگی با پیش بینی های نظری مطابقت دارند که در سال ۲۰۱۷ توسط «پریاموادا ناتاراجان» (Priyamvada Natarajan) پژوهشگر «دانشگاه ییل» (Yale University) ارائه شدند. این پیش بینی ها در مورد سیاه چاله بسیار بزرگی بودند که مستقیما از فروپاشی ابر بزرگ گازی تشکیل شده است.

ناتاراجان گفت: ما معتقدیم که این اولین مورد کشف یک سیاه چاله بسیار بزرگ است و از بهترین شواهدی به شمار میرود که تاکنون به دست آمده اند مبنی بر این که برخی سیاه چاله ها از ابرهای بزرگ گازی تشکیل می شوند. ما برای اولین بار شاهد یک مرحله کوتاه هستیم که در آن یک سیاه چاله کلان جرم، تقریبا به اندازه ستاره های حاضر در کهکشان خود وزن دارد.

محققان قصد دارند از این شواهد و نتایج دیگری که داده های جیمز وب و تلسکوپ های دیگر در آنها ترکیب می شوند ، برای ترسیم کردن تصویر بزرگ تری از کیهان اولیه استفاده کنند.

تلسکوپ فضایی هابل (Hubble Space Telescope) پیشتر نشان داده بود که نور کهکشان های دور توسط ماده در خوشه کهکشانی مداخله گر تشدید می شود. یافته های هابل، بخشی از انگیزه رصدهای جیمز وب و چاندرا را که در این پژوهش توضیح داده شده است، فراهم می کند.

این پژوهش در مجله «Nature Astronomy» به چاپ رسید.