کشف سیاهچاله باستانی که «حد سرعت» کیهانی را می‌شکند و چندین نظریه را به چالش می‌کشد

ایالات متحده - خبرگزاری اخباری

سیاهچاله باستانی قوانین کیهانی را در هم می‌شکند و اسرار رشد شتاب‌یافته را آشکار می‌سازد

در کشفی که می‌تواند درک ما از کیهان اولیه را متحول کند، تیمی بین‌المللی از اخترشناسان یک سیاهچاله غول‌پیکر به نام ID830 را شناسایی کرده‌اند که رفتاری بی‌سابقه از خود نشان می‌دهد و قوانین فیزیکی تثبیت‌شده را به چالش می‌کشد. این کوازار که در اعماق گذشته کیهانی قرار دارد، نه تنها «حد سرعت» نظری برای رشد سیاه‌چاله‌ها را پشت سر می‌گذارد، بلکه همزمان تابش شدید اشعه ایکس و امواج رادیویی را نیز منتشر می‌کند – پدیده‌ای دوگانه که پیش از این از نظر اخترفیزیکی غیرممکن تلقی می‌شد.

ID830 نمونه بارزی از یک سیاه‌چاله ابرجرم‌دار (SMBH) است که در سپیده‌دم کیهانی شکوفا شده است. تخمین زده می‌شود که جرم آن حدود ۱۲ میلیارد سال پیش، زمانی که کیهان تنها حدود ۱۵٪ از سن کنونی خود را داشت، ۴۴۰ میلیون برابر جرم خورشید بوده است. این اندازه عظیم، آن را بیش از ۱۰۰ برابر سنگین‌تر از Sagittarius A*، SMBH در مرکز کهکشان راه شیری خودمان، می‌کند.

راز این موضوع در چگونگی رسیدن ID830 به چنین ابعاد عظیمی در چنین مرحله زودهنگامی از تاریخ کیهانی نهفته است. به طور معمول، سیاه‌چاله‌ها توسط فرآیندی خودتنظیم‌شونده به نام «حد ادینگتون» هدایت می‌شوند که نرخ جذب ماده توسط آن‌ها را محدود می‌کند. این حد زمانی ایجاد می‌شود که سیاه‌چاله‌ها گاز و غبار را جذب می‌کنند، این مواد یک قرص برافزایشی چرخان را تشکیل می‌دهند. در حالی که گرانش ماده را به سمت سیاه‌چاله می‌کشد، ماده در حال سقوط همچنین فشار تابشی تولید می‌کند که به سمت بیرون فشار می‌آورد و از جذب بیشتر جلوگیری می‌کند. این تعادل به طور مؤثری سقفی برای نرخ رشد سیاه‌چاله تعیین می‌کند.

با این حال، به نظر می‌رسد ID830 این حد را به طور قابل توجهی نقض می‌کند. درخشندگی اشعه ایکس آن نشان می‌دهد که با نرخی تقریباً ۱۳ برابر حد ادینگتون در حال جذب ماده است. این مرحله رشد سریع «برافزایش فوق ادینگتونی» (Super-Eddington accretion) نامیده می‌شود. محققان چندین سازوکار را برای توضیح این سیری کیهانی پیشنهاد می‌کنند. همانطور که آنتونی تیلور، اخترشناس دانشگاه تگزاس در آستین توضیح می‌دهد، «کاملاً ممکن است که یک سیاه‌چاله بتواند برای مدت کوتاهی ماده‌ای سریع‌تر از حد ادینگتون مصرف کند قبل از اینکه فشار تابشی برای محدود کردن نرخ برافزایش تجمع یابد.» علاوه بر این، یک سیاه‌چاله ممکن است قادر باشد ماده را از قرص استوایی خود جذب کند در حالی که فشار تابشی ماده را از قطب‌هایش خارج می‌کند، و بدین ترتیب مقاومت مستقیم در برابر جریان ماده را کاهش می‌دهد.

وجود چنین سیاه‌چاله‌های عظیمی و فعالی در کیهان اولیه با یافته‌های اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) مطابقت دارد. JWST فاش کرده است که SMBH ها با سرعتی شگفت‌انگیز و در دوره‌های کیهانی بسیار زودرس رشد کرده‌اند و انتظارات قبلی را به چالش کشیده‌اند. یک فرضیه اصلی این است که «بذر» این SMBH های اولیه از فروپاشی ستارگان نسل سوم (Population III stars) – اولین و عظیم‌ترین ستارگان تاریخ کیهانی – ناشی شده است، که ممکن است سیاه‌چاله‌هایی با جرمی بیش از هزار برابر جرم خورشید تشکیل داده باشند.

با این حال، حتی این «بذر»های عظیم نیز اگر فقط با نرخ حد ادینگتون جذب می‌کردند، به زمان فوق‌العاده طولانی، احتمالاً صدها میلیون سال، برای رسیدن به اندازه‌های مشاهده‌شده خود نیاز داشتند. این امر رشد فوق ادینگتونی را برای تطبیق مشاهدات با مدل‌های نظری ضروری می‌سازد. محاسبات محققان نشان می‌دهد که ID830 ممکن است رشد عظیم خود را از طریق ورود ناگهانی گاز به دست آورده باشد، که شاید با مصرف یک جرم آسمانی بزرگ، مانند یک ستاره غول‌پیکر عظیم یا یک ابر گازی قابل توجه، که بیش از حد نزدیک شده بود، تحریک شده باشد.

آنچه تصویر ID830 را پیچیده‌تر می‌کند، انتشار همزمان اشعه ایکس و امواج رادیویی آن است. تصور می‌شود که برافزایش فوق ادینگتونی چنین انتشاراتی را سرکوب می‌کند، به ویژه جت‌های رادیویی قدرتمندی که اغلب با سیاه‌چاله‌ها مرتبط هستند. این همزیستی غیرمنتظره به فرآیندهای فیزیکی اشاره دارد که هنوز به طور کامل توسط مدل‌های فعلی برافزایش شدید و پرتاب جت‌ها درک نشده‌اند.

تصور می‌شود که انتشار اشعه ایکس از ساختاری به نام «تاج» (corona) ناشی می‌شود – ابری از پلاسمای فوق‌العاده داغ که با سرعتی نزدیک به نور به دور سیاه‌چاله می‌چرخد. اعتقاد بر این است که این تاج توسط میدان‌های مغناطیسی شدید در درون قرص برافزایشی تولید می‌شود و ابری آشفته از ذرات پرانرژی با دمای یک میلیارد درجه ایجاد می‌کند. ناسا این منطقه را «یکی از شدیدترین محیط‌های فیزیکی در جهان» توصیف می‌کند.

در مجموع، رفتارهای قانون‌شکن ID830 نشان می‌دهد که این سیاه‌چاله در حال گذراندن یک مرحله گذار نادر از مصرف بیش از حد و دفع شدید است. این انفجار تغذیه شدید، هم جت‌های نسبیتی و هم تاج آن را نیرو بخشیده است و باعث می‌شود ID830 در طول موج‌های متعدد به شدت بدرخشد و همزمان مقادیر عظیمی از تابش را دفع کند. مطالعه چنین اجرام افراطی نه تنها به ما کمک می‌کند تا SMBH های مرموز کیهان اولیه را درک کنیم، بلکه ممکن است جنبه‌های جدید و غیرمنتظره‌ای از فیزیک بنیادی را نیز آشکار کند.

خبرگزاری اخباری