سه سیاهچاله غول پیکر از سپیده دم در یک کهکشان کشف شده است

سیاهچاله ها در کهکشانی به نام J0148-4214 قرار دارند. هر سه به طور فعال ماده ای را به وجود می آورند که از طریق دیسک های گاز و مواد دیگر به سمت آنها می رود. از آنجایی که کهکشان بسیار دور است، نور آن قبل از رسیدن به زمین، تقریباً 12.5 میلیارد سال در فضا سفر کرد. این بدان معناست که ستاره شناسان از زمانی که تنها 1.2 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته است، آن را مشاهده کرده اند.

در چنین فواصل وسیعی، انبساط جهان نور را به طول موج های بلندتر و قرمزتر می کشاند. ستاره شناسان این اثر را از طریق خاصیتی به نام انتقال به سرخ می سنجند. برای J0148-4214، محققان یک انتقال به قرمز z=5.02 را اندازه‌گیری کردند و به آنها اجازه داد تا فاصله قابل توجه آن را تعیین کنند.

سه سیاهچاله در یک کهکشان باستانی

هانا اوبلر، رئیس یک گروه تحقیقاتی در MPE و نویسنده اصلی این مطالعه می‌گوید: «این اولین شواهد وجود سه سیاه‌چاله فعال در یک کهکشان در جهان دور است.

دو تا از سیاهچاله‌ها در نزدیکی مرکز کهکشان قرار دارند و با فاصله پیش‌بینی‌شده 620 سال نوری از هم جدا شده‌اند. سومی بسیار دورتر است و تقریباً 5500 سال نوری از مرکز فاصله دارد.

این کشف شواهد مهمی از چگونگی گرد هم آمدن سیاهچاله های عظیم در جهان جوان ارائه می دهد.

اوبلر می‌گوید: «این نشان می‌دهد که فرآیندهای جهان اولیه در ادغام سیاه‌چاله‌های عظیم کارآمد بوده و زمینه را برای ادغام سیاه‌چاله‌های عظیمی که انتظار داریم با رصدخانه‌های امواج گرانشی آینده شناسایی کنیم، فراهم می‌کند.

ستاره شناسان بر این باورند که برخورد و ادغام کهکشان ها در تاریخ اولیه کیهان رایج بوده است. وقتی کهکشان‌ها با هم ترکیب می‌شوند، سیاه‌چاله‌های مرکزی آن‌ها نیز می‌توانند به هم نزدیک‌تر شده و در نهایت ادغام شوند. این ادغام‌ها سیاهچاله‌های عظیم‌تری را در مرکز کهکشان‌های تازه‌تشکیل شده ایجاد می‌کنند، که به طور بالقوه به توضیح این که چگونه برخی از آن‌ها خیلی زود پس از انفجار بزرگ به اندازه‌های عظیم رسیده‌اند، کمک می‌کند.

چگونه ستاره شناسان سیاهچاله های پنهان را کشف کردند

محققان با بررسی الگوهای متمایز در نور ساطع شده از گاز هیدروژن، سه سیاهچاله را شناسایی کردند. در مجاورت یک سیاهچاله، نیروهای گرانشی قوی باعث می شود که گاز با سرعت بسیار بالایی حرکت کند. این حرکات علائم قابل تشخیصی را در طیف نور بر جای می‌گذارند و به اخترشناسان اجازه می‌دهند تا فعالیت سیاه‌چاله‌ها را حتی زمانی که خود اجرام مستقیماً دیده نمی‌شوند، تشخیص دهند.

در مرکز J0148-4214، تیم یک الگوی خاص پیچیده از انتشار هیدروژن را پیدا کرد. بهترین توضیح وجود دو سیاهچاله با فاصله نزدیک به جای یک منبع واحد بود.

برای تشخیص آنها، دانشمندان از یک روش اندازه گیری دقیق به نام طیف سنجی استفاده کردند. با ردیابی تغییرات ظریف در موقعیت گسیل های طیفی در کهکشان، آنها توانستند مکان دو سیاهچاله مرکزی را شناسایی کنند، حتی اگر تلسکوپ نمی توانست آنها را به عنوان دو نقطه نوری مجزا از هم جدا کند.

مشاهدات همچنین سومین سیاهچاله فعال در ناحیه بیرونی کهکشان را نشان داد.

سه سیاهچاله با جرم های بسیار متفاوت

اندازه سه سیاهچاله به طور چشمگیری با هم تفاوت دارند. طبق محاسبات محققان، جرم آنها تقریباً 80 میلیون و 600000 و 2 میلیون برابر خورشید است.

با کمال تعجب، بزرگترین سیاهچاله سیاهچاله ای نیست که به شدت تغذیه می کند. همسایه کوچکتر آن، با جرمی تقریباً 600000 خورشیدی، ماده را با سرعت بسیار بالاتری برافزایش می دهد. در واقع، نرخ برافزایش مورد انتظار آن از حداکثر پیش‌بینی‌شده توسط مدل‌های اصلی رشد سیاه‌چاله (حد ادینگتون) فراتر می‌رود.

این رشد غیرمعمول سریع ممکن است سرنخ هایی از این که چگونه برخی از سیاهچاله ها در زمان نسبتاً کوتاه موجود در کیهان اولیه بسیار عظیم شدند را ارائه دهد.

دکتر جیووانی ماتزولاری، نویسنده دوم این مطالعه و محقق MPE می گوید: «داده های JWST نه تنها به ما اجازه می دهد تا سه سیاهچاله را شناسایی کنیم، بلکه جرم، نرخ برافزایش و جرم ستاره ای کهکشان را نیز تخمین بزنیم. ما مجموع جرم ستاره ای را در حدود 1.3 میلیارد خورشید پیدا می کنیم و سیاهچاله ها بخش قابل توجهی از آن را تشکیل می دهند.

ادغام سیاهچاله باستانی در حال ساخت است

انتظار می رود دو سیاهچاله در نزدیکی مرکز کهکشان در چند صد میلیون سال آینده ادغام شوند. برخورد نهایی آن‌ها می‌تواند به ایجاد سیاه‌چاله‌ای حتی عظیم‌تر کمک کند، که فرآیندی را نشان می‌دهد که ممکن است برای رشد اولیه‌ترین غول‌های فضایی جهان ضروری بوده باشد.

روبرتو مایولینو، استاد دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان این مطالعه، افزود: “این نتایج بسیار هیجان انگیز هستند.” “آنها پیشنهاد می کنند که ادغام سیاهچاله ها ممکن است یک مسیر سریع و اضافی برای رشد سریع آنها در جهان اولیه باشد.”

سومین سیاهچاله پازل جذاب دیگری را ارائه می دهد. این کهکشان در خارج از مرکز کهکشان قرار دارد، ممکن است بقایای ادغام قبلی باشد که توسط پس زدن گرانشی قدرتمند به بیرون رانده شده است. چنین شوکی زمانی رخ می دهد که سیاهچاله ها در حال ادغام امواج گرانشی را به طور غیریکنواخت ساطع می کنند و سیاهچاله حاصل را در جهت مخالف می فرستند.

احتمال دیگر این است که سومین سیاهچاله به تدریج به سمت مرکز کهکشان حرکت می کند، جایی که در نهایت می تواند با دو تای دیگر برهم کنش داشته باشد.

جیمز وب سیاهچاله هایی را کشف می کند که در غیر این صورت ممکن است پنهان بمانند

این کشف توانایی های قابل توجه تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) را برای مطالعه سیاهچاله ها در کهکشان های دور نشان می دهد.

به طور خاص، یافته‌ها اهمیت طیف‌سنجی میدان انتگرال را نشان می‌دهد، که به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا چگونگی تغییر نور و نشانه‌های طیفی آن در بخش‌های مختلف کهکشان را مطالعه کنند.

با استفاده از طیف‌نگار فروسرخ نزدیک وب در حالت طیف‌سنجی میدان یکپارچه (NIRSpec-IFS)، محققان توانستند سیگنال‌هایی را که در غیر این صورت به نظر می‌رسید از یک سیاه‌چاله منفرد می‌آیند، جدا کنند.

بدون این اطلاعات مکانی دقیق، ستاره شناسان احتمالا تنها یکی از سه سیاهچاله فعال کهکشان را شناسایی می کنند.

نتایج نشان می‌دهد که دیگر کهکشان‌های دور ممکن است حاوی چندین سیاه‌چاله در حال افزایش باشند که کشف نشده‌اند. یافتن تعداد بیشتری از این سیستم‌های پنهان می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا تاریخچه ادغام سیاه‌چاله‌ها را بازسازی کنند و درک بهتری از چگونگی تولید عظیم‌ترین سیاه‌چاله‌های جهان در اوایل تاریخ کیهانی داشته باشند.