کوازارها: نورافکن‌های پرفروغِ کهکشان‌ها
کوازارها، چشم‌اندازهای درخشانِ فوق‌العاده در دل کهکشان‌ها، مکان‌هایی هستند که در مرکزشان، یک سیاهچاله‌ی غول‌پیکر و پرجنب‌وجوش قرار دارد. این سیاهچاله‌ها، زمانی که مواد اطراف خود، مانند گرد و غبار و گاز را به درون می‌کشند، مقدار عظیمی انرژی رها می‌کنند. این انرژی، کوازارها را به یکی از درخشان‌ترین پدیده‌های کیهانی تبدیل می‌کند. کوازارها که از اولین اشیاء کیهانیِ قابل مشاهده پس از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) به شمار می‌روند، تقریباً چند صد میلیون سال پس از این رویداد شناسایی شدند. این موضوع همچنان یک راز است: چگونه این اشیاء در مدت زمان کوتاهی تا این حد درخشان و بزرگ شده‌اند؟
دانشمندان بر این باورند که کوازارها در ابتدا، در نواحی بسیار متراکمِ ماده‌ی اولیه شکل گرفته‌اند که این خود، باعث به وجود آمدن کهکشان‌های کوچک‌تری در اطراف کوازارها شده است. اما در یک پژوهش جدید که توسط محققان MIT هدایت شد، ستاره‌شناسان به مشاهدات جالبی دست یافتند. آن‌ها کوازارهایی باستانی را یافتند که به طور شگفت‌انگیزی در کیهان اولیه، تنها به نظر می‌رسیدند. این دانشمندان از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) بهره بردند تا به اعماق زمان (بیش از ۱۳ میلیارد سال پیش) سفر کرده و محیط کیهانیِ پنج کوازار باستانی را بررسی کنند. آن‌ها شاهد تنوعی حیرت‌انگیز در محیط پیرامون این کوازارها (میدان‌های کوازاری) بودند.
تنوع در همسایگی کوازارها
در حالی که برخی از کوازارها در میدان‌های بسیار شلوغ، با بیش از ۵۰ کهکشان همسایه قرار دارند (همانطور که تمام مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند)، به نظر می‌رسد سایر کوازارها در فضای خالی شناورند و فقط چند کهکشان پراکنده در اطراف آن‌ها وجود دارد. این کوازارهای تنها، درک فیزیکدانان را از چگونگی شکل‌گیری چنین اشیاء درخشانی در آغاز کیهان به چالش می‌کشد. این در حالی است که هیچ منبع قابل توجهی از ماده برای تغذیه و رشد سیاهچاله‌هایشان وجود نداشته است. آنا-کریستینا آیلرز، استادیار فیزیک در MIT می‌گوید: «بر خلاف تصورات قبلی، ما دریافتیم که این کوازارها لزوماً در نواحی متراکم و پرچگالیِ کیهان اولیه قرار ندارند. بعضی از آن‌ها انگار در نقطه‌ای دورافتاده قرار دارند.» او ادامه می‌دهد: «توضیح این‌که چگونه این کوازارها به این بزرگی رسیده‌اند، دشوار است، به‌خصوص اگر به نظر برسد هیچ‌چیز برای تغذیه شدن ندارند.»
این احتمال وجود دارد که این کوازارها، آن‌قدرها هم تنها نباشند؛ بلکه در واقع توسط کهکشان‌هایی احاطه شده باشند که به‌شدت توسط غبار پنهان شده‌اند و به همین دلیل، از دید پنهان مانده‌اند. آیلرز و همکارانش امیدوارند مشاهدات خود را تنظیم کنند تا بتوانند از میان این غبار کیهانی عبور کنند و دریابند که چگونه کوازارها در اوایل کیهان، تا این حد بزرگ و پرسرعت رشد کرده‌اند. آیلرز و همکارانش یافته‌های خود را طی مقاله‌ای که امروز در نشریه‌ی اخترفیزیک منتشر شده، گزارش می‌دهند. در این مقاله، محققان دیگری نیز از MIT نظیر پژوهشگران پسادکترا روهان ناید و مینگهاو یو، رابرت سیمکو (استاد فیزیک و مدیر مؤسسه اخترفیزیک و پژوهش‌های فضایی کافلی MIT) و همکارانی از موسسات مختلف از جمله دانشگاه لیدن، دانشگاه کالیفرنیا در سانتا باربارا، ETH زوریخ و دیگران، سهیم بوده‌اند.
همسایگان کهکشانی
پنج کوازار جدید که مشاهده شدند، جزو قدیمی‌ترین کوازارهایی هستند که تا به امروز دیده‌ایم. این اشیاء، بیش از ۱۳ میلیارد سال قدمت دارند و گمان می‌رود بین ۶۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. سیاهچاله‌های فوق‌العاده بزرگ که کوازارها را تغذیه می‌کنند، جرمی یک میلیارد برابر خورشید دارند و بیش از یک تریلیون برابر درخشان‌تر هستند. به دلیل درخشندگی فوق‌العاده‌ی کوازارها، نور آن‌ها قادر است از زمان پیدایش کیهان عبور کند و به اندازه‌ای دور برسد که به حسگرهای بسیار حساس JWST امروزی برسد. آیلرز می‌گوید: «واقعاً شگفت‌انگیز است که حالا تلسکوپی داریم که می‌تواند نور را از ۱۳ میلیارد سال پیش با این جزئیات ثبت کند.»
نگاهی نو به محیط کوازارها با تلسکوپ JWST
برای اولین بار، تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) این امکان را به ما داد که به محیط پیرامون این کوازارها نگاهی عمیق‌تر بیندازیم و بررسی کنیم که چگونه رشد کرده‌اند و محله‌ی آن‌ها چگونه بوده است.
تیم تحقیقاتی، تصاویر پنج کوازار باستانی که JWST بین اوت ۲۰۲۲ و ژوئن ۲۰۲۳ ثبت کرده بود را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. مشاهدات هر کوازار، شامل چندین تصویر «موزاییکی» یا نمای جزئی از میدان کوازار بود که این تیم، آن‌ها را به هم متصل کرد تا تصویری کامل از محیط اطراف هر کوازار به دست آورد و اندازه‌گیری‌هایی از نور در طول‌موج‌های مختلف در میدان هر کوازار انجام داد. سپس، تیم این داده‌ها را پردازش کرد تا مشخص شود آیا یک شیء خاص در میدان، نوری از یک کهکشان همسایه است و فاصله کهکشان از کوازار مرکزی (که درخشش بسیار زیادی دارد) چقدر است.
ایلیرز می‌گوید: «ما دریافتیم که تنها تفاوت میان این پنج کوازار، این است که محیط‌های آن‌ها بسیار متفاوت به نظر می‌رسند. برای مثال، یک کوازار تقریباً ۵۰ کهکشان در اطراف خود دارد، در حالی که کوازار دیگر تنها ۲ کهکشان در همسایگی‌اش دارد. با این حال، هر دو کوازار در اندازه، حجم، درخشندگی و زمان مشابهی در کیهان قرار دارند. دیدن این موضوع واقعاً شگفت‌انگیز بود.»
رشد ناگهانی
این تفاوت در میدان‌های کوازار، چالشی برای تصویرِ استانداردِ رشد سیاهچاله‌ها و تشکیل کهکشان‌ها ایجاد می‌کند. بر اساس بهترین درک فیزیکدانان از چگونگی ظهور نخستین اشیاء در کیهان، یک شبکه‌ی کیهانی از ماده‌ی تاریک باید به تعیین مسیر کمک کرده باشد. ماده‌ی تاریک، نوعی ماده‌ی ناشناخته است که هیچ تعاملی با محیط خود، جز از طریق گرانش ندارد. تصور بر این است که به محض وقوع انفجار بزرگ، کیهان اولیه، رشته‌هایی از ماده‌ی تاریک را شکل داد که به نوعی، نقش جاده‌ی گرانشی را ایفا می‌کردند و گاز و گرد و غبار را به سمت خود جذب می‌کردند. در نواحی بسیار متراکم این شبکه، ماده جمع می‌شد تا اشیاء بزرگ‌تری تشکیل دهد و درخشان‌ترین و بزرگ‌ترین اشیاء اولیه (مانند کوازارها)، در نواحی با چگالی بالای این شبکه شکل می‌گرفتند که این خود، باعث تولید تعداد بیشتری کهکشان کوچک‌تر می‌شد.
الیاس پیزاتی، یکی از نویسندگان این تحقیق و دانشجوی دوره‌ی دکتری در دانشگاه لیدن، می‌گوید: «شبکه‌ی کیهانی ماده‌ی تاریک، پیش‌بینی محکمی در مدل کیهانی ما از جهان است و می‌توان آن را با استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی به تفصیل توصیف کرد. با مقایسه‌ی مشاهدات ما با این شبیه‌سازی‌ها، می‌توانیم تعیین کنیم که کوازارها در کجای شبکه کیهانی قرار دارند.»
دانشمندان تخمین می‌زنند که کوازارها باید به طور مداوم با سرعت‌های بسیار بالا رشد کرده باشند تا به جرمی و درخشندگی فوق‌العاده‌ای که در زمان‌های مشاهده‌شده توسط ستاره‌شناسان (کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ) رسیده‌اند، دست یابند. آیلرز می‌گوید: «سؤال اصلی که ما در تلاش برای پاسخ دادن به آن هستیم، این است که چگونه این سیاهچاله‌های با جرم یک میلیارد خورشید در زمانی شکل می‌گیرند که کیهان هنوز واقعاً جوان بوده و در مراحل ابتدایی خود قرار داشته است.»
یافته‌های این تیم، شاید سؤالات بیشتری نسبت به پاسخ‌ها ایجاد کند. کوازارهای «تنها»، به نظر می‌رسد در نواحی نسبتاً خالی از فضا زندگی می‌کنند. اگر مدل‌های کیهانی فیزیکدانان درست باشد، این نواحی بایر باید نشان‌دهنده‌ی حجم بسیار کمی ماده‌ی تاریک یا مواد اولیه برای شکل‌گیری ستارگان و کهکشان‌ها باشند. پس چگونه کوازارهای بسیار درخشان و بزرگ به وجود آمده‌اند؟ آیلرز می‌گوید: «نتایج ما نشان می‌دهد که یک قطعه‌ی قابل‌توجه از پازلِ چگونگی رشد این سیاهچاله‌های فوق‌العاده بزرگ، هنوز گم شده است. اگر مواد کافی در اطراف وجود نداشته باشد تا برخی از کوازارها بتوانند به‌طور مداوم رشد کنند، این بدان معناست که باید راه دیگری برای رشد آن‌ها وجود داشته باشد که ما هنوز قادر به کشف آن نشده‌ایم.»
این پژوهش، بخشی از حمایت‌های شورای تحقیقات اروپا بوده است.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس