سیاه‌چاله‌ای ۴۰۰ میلیون برابر خورشید تو خواب زمستونی!

کشف یه سیاه‌چالهٔ خیلی گنده تو اوایل دنیا

دانشمندا یه سیاه‌چالهٔ عظیم‌الجثه رو تو روزای اول خلقت پیدا کردن که از بس پرخوری کرده، انگار رفته تو فاز “خواب”. مثل خِرسی که قبل خواب زمستونیش حسابی ماهی سِلمون می‌زنه یا یکی که بعد از شامِ شبِ عید یه چرتِ حسابی می‌چسبه، این سیاه‌چاله هم انقدر خورده که تو کهکشانِ خودش رفته تو کُما.

یه گروه بین‌المللی از ستاره‌شناسا که دانشگاهِ کمبریج رهبری‌شون می‌کرد، با استفاده از تلسکوپ فضاییِ جیمز وبِ ناسا/ESA/CSA این سیاه‌چاله رو تو اوایلِ تشکیلِ دنیا پیدا کردن، یعنی تقریباً ۸۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ. این سیاه‌چاله خیلی گُنده‌س و ۴۰۰ میلیون برابر خورشیدِ ما وزن داره، که باعث می‌شه یکی از بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌هایی باشه که وب تا حالا تو اون دورانِ شکل‌گیریِ جهان دیده. این سیاه‌چاله اون‌قدر بزرگ هست که تقریباً ۴۰ درصد از کلِ جرمِ کهکشانی که توش هست رو تشکیل می‌ده؛ در مقایسه، سیاه‌چاله‌هایی که تو دنیایِ اطرافِ ما هستن معمولاً حدود ۰.۱ درصد از جرمِ کهکشانِ میزبان‌شونو دارن.

البته با وجود این‌همه عظمت، این سیاه‌چاله داره آروم آروم گازی که نیاز داره رو جذب می‌کنه، ولی با یه سرعتِ خیلی کم، حدود ۱۰۰ برابر کمتر از اون حداکثری که ازش انتظار می‌ره، و همین باعث می‌شه انگار رفته تو خواب زمستونی. وجود یه سیاه‌چاله با این‌همه وزن تو اون اوایلِ دنیا، ولی بدون این‌که بزرگ‌تر بشه، مدل‌های فعلیِ ما رو در مورد این‌که سیاه‌چاله‌ها چه‌جوری رشد می‌کنن، به چالش می‌کشه. محقق‌ها احتمال می‌دن که سیاه‌چاله‌ها دوره‌های کوتاهِ رشد خیلی سریع رو تجربه می‌کنن و بعدش وارد دوره‌های طولانیِ خواب می‌شن. این یافته‌ها تو مجلهٔ Nature چاپ شده.

وقتی سیاه‌چاله‌ها تو فاز “خواب” هستن، نورِ کمتری از خودشون ساطع می‌کنن و همین باعث می‌شه پیداکردنشون، حتی با تلسکوپ‌های پیشرفته‌ای مثل وب، سخت‌تر بشه. نمی‌شه سیاه‌چاله‌ها رو مستقیم دید، بلکه از طریقِ درخششِ اون صفحه‌ای که گاز رو جذب می‌کنه و دورِ سیاه‌چاله تشکیل می‌ده، می‌شه پیداشون کرد. گازِ تو این صفحه حسابی داغ می‌شه و شروع می‌کنه به درخشیدن و انرژی دادن تو محدودهٔ فرابنفش.

ایگناس جودزبالیس، که نویسندهٔ اصلیِ این مقاله از مؤسسهٔ کاولی برای کیهان‌شناسیِ کمبریجه، می‌گه: “با این‌که این سیاه‌چاله خوابیده، ولی بزرگی‌ش باعث شد ما بتونیم پیداش کنیم. این‌که تو خواب بود، کمک کرد تا اطلاعاتی هم در مورد وزنِ کهکشانی که توش هست، به دست بیاریم. اوایلِ دنیا تونسته بعضی از غول‌های بی‌چون و چرا رو بسازه، حتی تو کهکشان‌های نسبتاً کوچیک.”

شکل‌گیری و بزرگ‌شدنِ سیاه‌چاله‌ها

بر اساس مدل‌هایِ رایج، سیاه‌چاله‌ها از باقی‌موندهٔ ستاره‌های مرده به وجود میان و تا یه حدی به اسمِ حد ادینگتون ماده رو جذب می‌کنن؛ یعنی جایی که فشارِ نور بر نیرویِ گرانشیِ سیاه‌چاله غالب می‌شه. ولی اندازهٔ خیلی بزرگِ این سیاه‌چاله‌ها نشون می‌ده که شاید مدل‌های فعلی نتونن درست توضیح بدن که این غول‌ها چه‌جوری شکل می‌گیرن و بزرگ می‌شن. پروفسور روبرتو مایولینو، که یکی از نویسنده‌های این مقاله از موسسهٔ کاولی و آزمایشگاه کوندیش دانشگاه کمبریجه، می‌گه: “ممکنه سیاه‌چاله‌ها همین‌جوری “گُنده به دنیا بیان” که بتونه این رو توضیح بده که چرا تلسکوپ وب سیاه‌چاله‌های بزرگ‌تری رو تو اوایلِ دنیا دیده. ولی یه احتمالِ دیگه هم هست که اونا دوره‌های فعالیتِ فوق‌العاده‌ای رو تجربه می‌کنن و بعدش تو یه دورهٔ طولانی بی‌تحرکی فرو می‌رن.”

پژوهشگرای دانشگاه کمبریج به همراه همکاراشون از ایتالیا، یه سری شبیه‌سازی کامپیوتری انجام دادن تا مدل‌سازی کنن که این سیاه‌چاله چه‌جوری می‌تونه تو اوایلِ دنیا به این اندازهٔ غول‌آسا برسه. اونا فهمیدن محتمل‌ترین سناریو اینه که سیاه‌چاله‌ها می‌تونن برای مدت کوتاهی از حد ادینگتون عبور کنن، یعنی طی این مدت خیلی سریع بزرگ می‌شن و بعدش دوره‌های طولانیِ بی‌تحرکی رو تجربه می‌کنن. پژوهشگرا می‌گن که سیاه‌چاله‌هایی مثل این، احتمالاً حدود پنج تا ده میلیون سال غذا می‌خورن و حدود ۱۰۰ میلیون سال می‌خوابن. مایولینو اضافه کرد: “به نظر میاد توضیح دادن یه سیاه‌چالهٔ خوابیده با دوره‌های فعالیتِ فوق‌العاده، منطقی نباشه، ولی همین انفجارهای کوتاه بهش اجازه می‌ده که سریع بزرگ بشه و بیشترِ وقتش رو تو خواب بگذرونه.”

از اون‌جایی که دوره‌های بی‌تحرکی خیلی طولانی‌تر از دوره‌های رشدِ سریع هستن، تو این دوره‌ها، ستاره‌شناسا بیشتر احتمال دارن که سیاه‌چاله‌ها رو پیدا کنن. یودژبالیس گفت: “این اولین نتیجه‌ای بود که به عنوان بخشی از دکتری ام به دست آوردم و یه مدتی طول کشید تا بفهمم چقدر شگفت‌انگیزه. تا وقتی با همکارام تو زمینهٔ نجومِ تئوری صحبت نکردم، نتونستم اهمیتِ واقعیِ این سیاه‌چاله رو درک کنم.”

به خاطر کم‌نور بودن، پیداکردنِ سیاه‌چاله‌های خوابیده برای ستاره‌شناسا سخت‌تره، ولی پژوهشگرا می‌گن که این سیاه‌چاله تقریباً قطعاً نوکِ یه کوهِ یخی خیلی بزرگ‌تره، اگه سیاه‌چاله‌ها تو اوایلِ دنیا بیشترِ وقت‌شون رو تو حالتِ خواب بگذرونن. مایولینو گفت: “احتمالاً اکثرِ قریب به اتفاقِ سیاه‌چاله‌ها اون‌جا تو این حالت خوابن. من از این‌که تونستیم این یکی رو پیدا کنیم شگفت‌زده‌ام، ولی خیلی هیجان‌زده‌ام که فکر کنم سیاه‌چاله‌های بیشتری هستن که می‌تونیم پیداشون کنیم.”

این مشاهده‌ها به عنوان بخشی از پروژهٔ JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) به دست اومده. این تحقیق تا یه اندازه‌ای توسطِ شورای تحقیقات اروپا و شورای تسهیلات علمی و فناوری (STFC)، که بخشی از تحقیقات و نوآوری‌های بریتانیا (UKRI) هست، حمایت شده.