راز نقاط قرمز کوچک در شروع زمان فاش شد؛ پای همدم های آبی در میان است - مجله اندیشه

ساده است! روی دکمه روبرو کلیک کن و تیک کنار سایت خبرنگاران را بزن. بعدش هیچ کار دیگری لازم نیست و صفحه را ببند.

کلیک کن!

مدتی بود که اخترشناسان با تماشا داده های تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) دچار نوعی سردرگمی علمی شده بودند. در تصاویر ژرف این تلسکوپ از کیهان اولیه، اجرامی به چشم می خوردند که به آن ها نقاط قرمز کوچک (Little Red Dots) می گفتند؛ نقاطی که به طرز عجیبی فشرده و در عین حال به شدت درخشان بودند. این مورد خاص واقعاً با مدل های قبلی جور در نمی آمد. حالا تیمی از دانشمندان دانشگاه ییل پیشنهاد داده اند که این نقاط قرمز، در واقع تنها نیستند و راز اصلی آن ها در همدم های آبی رنگی نهفته است که تا همین اواخر دیده نمی شدند.

در این مقاله قصد داریم آنالیز کنیم که این نقاط قرمز مرموز واقعاً چه هستند و چرا کشف همراهان آبی آن ها می تواند نحوه درک ما از تولد سیاهچاله ها را دگرگون کند. آیا ممکن است این اجرام همان بذرهای اولیه سیاهچاله های کلان جرم باشند که همواره به دنبالشان بودیم؟ با هم می بینیم که چطور تابش فرابنفش یک کهکشان کوچک می تواند باعث فروپاشی یک ابر گازی به درون یک سیاهچاله غول پیکر گردد.

ظهور ناگهانی نقاط قرمز در سپیده دم کیهان

شاید تا حالا تصور می کردید که کهکشان ها و سیاهچاله ها به آرامی و در طی میلیاردها سال شکل گرفته اند، اما جیمز وب نشان داد که دنیا در 600 میلیون سال اول خود، بسیار پرکارتر از این حرف ها بوده است. نقاط قرمز کوچک (LRDs) اجرامی هستند که در دوران نوزادی کیهان پدیدار شدند و حدود یک میلیارد سال بعد، تقریباً از صفحه روزگار محو گشتند. حساسیت بی نظیر فروسرخ جیمز وب باعث شد این نقاط که در طول موج های مرئی دیده نمی شدند، خودنمایی نمایند.

مشکل اصلی این بود که این نقاط بسیار کوچکتر از آن بودند که کهکشان های عادی به نظر برسند، اما نوری که ساطع می کردند بسیار فراتر از حد انتظار بود. دانشمندان نمی توانستند شرح دهند چطور چنین جرمی با این ابعاد کوچک، چنین درخشندگی بزرگی دارد. بعضی معتقد بودند این ها سیاهچاله هایی هستند که گرد و غبار دورشان را گرفته، اما بعضی دیگر می گفتند این ها خوشه های ستاره ای بسیار متراکم هستند. حالا با کشف تازه، به نظر می رسد حقیقت ترکیبی از هر دو و چیزی حتی عجیب تر باشد.

کشف همدم های آبی و جادوی تابش فرابنفش

پژوهش تازهی که در مجله (The Astrophysical Journal Letters) منتشر شده، روی 83 مورد از این نقاط قرمز مطالعه نموده است. محققان متوجه شدند که بیش از 80 درصد از درخشان ترین این نقاط، یک همدم آبی در کنار خود دارند. این همراهان در واقع خوشه های ستاره ای یا کهکشان های کوچکی هستند که تابش فرابنفش (UV radiation) بسیار شدیدی از خود ساطع می نمایند.

اینجاست که فیزیک ماجرا هیجان انگیز می گردد. در حالت عادی، ابرهای گازی سرد در فضا تکه تکه شده و هزاران ستاره کوچک می سازند. اما وقتی تابش فرابنفش شدید از یک کهکشان همسایه به این ابرها می تابد، اجازه نمی دهد گازها تکه تکه شوند. به جای آن، کل ابر گازی مجبور می گردد به صورت یکپارچه و به شکلی باورنکردنی فشرده گردد. نتیجه این فرآیند، تشکیل ستاره های ابرپرجرمی است که به جای منفجر شدن، مستقیماً به درون خود فرو می ریزند و سیاهچاله های غول پیکر را می سازند؛ آن هم بدون اینکه مرحله ابرنواختر (Supernova) را طی نمایند.

ستاره های سیاهچاله ای؛ هیولاهای پنهان در پیله گازی

این فرضیه می تواند شرح دهد چرا ما در طیف نوری این اجرام، هم نور قرمز می بینیم و هم نور آبی. نور قرمز از خود جرم مرکزی می آید که احتمالاً یک شبه ستاره (Quasi-star) یا سیاهچاله ای در حال رشد است که در پیله ای غلیظ از گاز و غبار محبوس شده است. نور آبی هم مربوط به همان همدم یا کهکشان کوچکی است که باعث تحریک این فرآیند شده است. شکاف نوری بین این دو رنگ هم به علت جذب طول موج های خاص به وسیله گاز هیدروژن محیط است.

در واقع، این نقاط قرمز کوچک ممکن است همان قطعات گمشده پازل باشند که شرح می دهند چطور سیاهچاله های کلان جرم در ابتدای دنیا با این سرعت رشد نموده اند. این سیاهچاله ها که جرمی بین 100 هزار تا یک میلیون برابر خورشید دارند، در واقع بذر کهکشان های بزرگی هستند که ما امروز در اطراف خود می بینیم.

پیوند میان سیاهچاله های نوزاد و کهکشان های امروزی

یکی از سؤالاتی که همواره فکر من را به عنوان یک علاقه مند به فیزیک درگیر نموده بود، این بود که کهکشان هایی مثل راه شیری چطور به این ابعاد رسیده اند؟ جوزفین باگن (Josephine Baggen)، نویسنده اصلی این تحقیق، معتقد است که این نقاط قرمز ممکن است در نهایت با همان همدم های آبی خود ادغام شده باشند. این فرآیند ادغام (Merger)، سیاهچاله را به مرکز کهکشان می فرستد و به مرور زمان کهکشان های پایداری را می سازد که ما امروز می شناسیم.

اگرچه هنوز نمی توان با قاطعیت گفت که راه شیری هم دقیقاً از همین مسیر عبور نموده، اما این سناریو بسیار احتمال دارد. این کشف نشان می دهد که دنیا اولیه محیطی بسیار پویاتر از تصورات ما بوده و سیاهچاله ها نه فقط از مرگ ستاره ها، بلکه مستقیماً از فروپاشی ابرهای گازی بزرگ تحت فشار تابش های همسایه متولد شده اند.

ریشه های علمی و سوءبرداشت های گذشته

در گذشته، اخترشناسان تصور می کردند که برای ساخت یک سیاهچاله کلان جرم، حتماً باید میلیون ها سال زمان بگذرد تا سیاهچاله های کوچک با هم ادغام شوند. اما وجود این نقاط قرمز کوچک نشان داد که ما در محاسباتمان چیزی را جا انداخته ایم. تئوری فروپاشی مستقیم (Direct Collapse) که در این مقاله به آن اشاره شد، پاسخی به همین تناقض زمانی است. این یعنی سیاهچاله ها می توانند بزرگ متولد شوند به جای اینکه فقط بزرگ شوند.

بعلاوه این تحقیق نشان می دهد که بسیاری از چیزهایی که ما به عنوان یک نقطه منفرد در آسمان می بینیم، در واقع سیستم های دوتایی یا چندتایی پیچیده ای هستند که به علت فاصله زیاد، در هم ادغام شده به نظر می رسند. جیمز وب با توانایی تفکیک بالای خود، دارد لایه های این فریب نوری را یکی بعد از دیگری کنار می زند.

منبع: livescience