ستاره شناسان MIT نور ستارگان گریزان را در اطراف برخی از نخستین اختروش های جهان مشاهده کرده اند. سیگنال های دور با قدمت بیش از 13 میلیارد سال پس از تولد جهان، سرنخ هایی را در مورد چگونگی توسعه اولین سیاهچاله ها و کهکشان ها نشان می دهد.
کوازارها مراکز فروزان کهکشان‌های فعالی هستند که هسته‌های آنها حاوی یک سیاه‌چاله‌ی پرجرم سیری‌ناپذیر است. اکثر کهکشان‌ها میزبان یک سیاهچاله مرکزی هستند که گاهی اوقات می‌تواند از گاز و بقایای ستاره‌ای استفاده کند و در حین چرخش مواد به سمت سیاهچاله، انفجار کوتاهی از نور را به شکل حلقه‌ای درخشان ایجاد کند.
در مقابل، اختروش‌ها می‌توانند مقادیر زیادی ماده را در دوره‌های زمانی بسیار طولانی‌تری مصرف کنند و حلقه‌ای بسیار درخشان و طولانی‌مدت ایجاد کنند – در واقع آنقدر درخشان که اختروش‌ها از درخشان‌ترین اجرام در جهان هستند.
از آنجایی که اختروش‌ها بسیار درخشان هستند، از بقیه کهکشانی که در آن زندگی می‌کنند بیشتر می‌درخشند. اما تیم MIT توانست برای اولین بار نور بسیار ضعیف‌تر ستارگان را در کهکشان‌های میزبان سه اختروش باستانی مشاهده کند.
بر اساس این نور ستاره گریزان، محققان جرم هر کهکشان میزبان را نسبت به جرم سیاهچاله مرکزی آن تخمین زدند. آن ها دریافتند که برای این اختروش ها، سیاهچاله های مرکزی نسبت به کهکشان های میزبان خود نسبت به همتایان مدرن خود بسیار پرجرم تر هستند.
این یافته ها که امروز در مجله اخترفیزیک، ممکن است روشن کند که چگونه اولین سیاهچاله های پرجرم با وجود داشتن زمان نسبتا کوتاه کیهانی برای رشد بسیار پرجرم شدند. به طور خاص، این اولین سیاهچاله های هیولایی ممکن است از «دانه های» عظیم تری نسبت به سیاهچاله های مدرن تر جوانه زده باشند.
Minghao Yue، نویسنده این مطالعه، عضو فوق دکتری در مؤسسه Kavli برای اخترفیزیک و مطالعات فضایی MIT می‌گوید: «پس از به وجود آمدن جهان، سیاهچالههای دانه‌ای وجود داشتند که سپس مواد را بلعیدند و در مدت زمان بسیار کوتاهی رشد کردند. یکی از پرسش‌های بزرگ این است که بفهمیم چگونه این سیاهچالههای هیولایی می‌توانند اینقدر بزرگ و سریع شوند.
آنا کریستینا ایلرز، نویسنده این مطالعه، استادیار فیزیک دانشگاه MIT، می گوید: «این سیاهچاله ها میلیاردها بار بیشتر از خورشید جرم دارند، در زمانی که جهان هنوز در مراحل ابتدایی خود بود. “نتایج ما نشان می دهد که در اوایل جهان، سیاهچاله های کلان جرم ممکن است جرم خود را قبل از کهکشان های میزبان خود جمع کرده باشند، و دانه های سیاهچاله اولیه ممکن است پرجرم تر از امروز بوده باشند.”
ایلرز و نویسندگان مشترک یوه عبارتند از رابرت سیمکو، مدیر MIT Kavli، همکار MIT هابل و همکار فوق دکتری روهان نایدو، و همکارانی در سوئیس، اتریش، ژاپن و در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی.
هسته های خیره کننده
درخشندگی خارق‌العاده این اختروش از زمانی که ستاره‌شناسان برای اولین بار این اجرام را در دهه 1960 کشف کردند، مشهود بوده است. آنها سپس فرض کردند که نور اختروش از یک “منبع نقطه ای” منفرد و ستاره مانند منشا می گیرد. دانشمندان از این اجرام به عنوان “اختروش” یاد کردند، که نمونه ای از جرم “شبه ستاره ای” است. پس از اولین مشاهدات، دانشمندان متوجه شدند که اختروش‌ها در واقع منشأ ستاره‌ای ندارند، بلکه از تجمع سیاهچالههای فوق‌العاده قدرتمند و ماندگار واقع در مرکز کهکشان‌ها به وجود می‌آیند که همچنین حاوی ستارگانی هستند که در مقایسه با هسته‌های نورانی خیره‌کننده شما، ستارگانی بسیار کم‌نورتر دارند. .
جدا کردن نور سیاهچاله مرکزی اختروش از نور ستاره های کهکشان میزبان بسیار دشوار بود. این کار کمی شبیه به تشخیص میدانی از کرم شب تاب در اطراف یک نورافکن مرکزی و عظیم است. اما در سال‌های اخیر، اخترشناسان با پرتاب تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) شانس بسیار بیشتری برای انجام این کار داشته‌اند، که توانسته است در زمان‌های دورتر و با حساسیت و وضوح بسیار بالاتر از هر رصدخانه‌ای موجود نگاه کند. .
در مطالعه جدید خود، یو و ایلرز از زمان خاصی در JWST استفاده کردند تا شش اختروش باستانی شناخته شده را به صورت دوره ای از پاییز 2022 تا بهار آینده مشاهده کنند. در مجموع، این تیم بیش از 120 ساعت مشاهدات شش شیء دوردست را جمع آوری کرد.
این اختروش با یک مرتبه بزرگی از کهکشان میزبان خود پیشی گرفته است. و تصاویر قبلی به اندازه کافی واضح نبودند که تشخیص دهند کهکشان میزبان با تمام ستاره هایش چگونه به نظر می رسد. اکنون، برای اولین بار، می‌توانیم با مدل‌سازی بسیار دقیق تصاویر JWST واضح‌تر از این اختروش‌ها، نور این ستارگان را آشکار کنیم.»
تعادل نور
این تیم داده‌های تصویربرداری جمع‌آوری‌شده توسط JWST را در هر یک از شش اختروش دوردست که تخمین می‌زنند حدود 13 میلیارد سال قدمت دارند، بررسی کردند. این داده ها شامل اندازه گیری نور هر اختروش در طول موج های مختلف است. محققان این داده‌ها را در مدلی وارد کردند که نشان می‌دهد چه مقدار از آن نور احتمالاً از یک «منبع نقطه‌ای» فشرده، مانند قرص برافزایش یک سیاهچاله مرکزی، در مقابل یک منبع پراکنده‌تر، مانند نور ستاره‌های پراکنده اطراف، می‌آید. از کهکشان میزبان
از طریق این مدل‌سازی، تیم نور هر اختروش را به دو بخش تقسیم کرد: نور از قرص درخشان سیاهچاله مرکزی و نور از ستارگان پراکنده‌تر کهکشان میزبان. مقدار نور هر دو منبع بازتابی از جرم کل آنهاست. محققان تخمین می زنند که برای این اختروش ها، نسبت بین جرم سیاهچاله مرکزی و جرم کهکشان میزبان حدود 1:10 است. آنها دریافتند که این در تضاد کامل با موازنه جرم امروزی 1:1000 است، جایی که سیاهچاله های اخیراً تشکیل شده بسیار کمتر از کهکشان های میزبان خود جرم دارند.
این به ما چیزی در مورد آنچه که ابتدا رشد می کند به ما می گوید: آیا سیاهچاله ابتدا رشد می کند و سپس کهکشان به آن نزدیک می شود؟ یا اینکه کهکشان و ستارگانش ابتدا رشد می کنند و بر رشد سیاهچاله تسلط دارند و تنظیم می کنند؟ “ما می بینیم که سیاهچاله ها در جهان اولیه به نظر می رسد سریعتر از کهکشان های میزبان خود رشد می کنند. این شواهد آزمایشی است که نشان می‌دهد دانه‌های سیاهچاله اولیه ممکن است در آن زمان حجیم‌تر بوده باشند.
یو می‌افزاید: «باید مکانیزمی وجود داشته باشد که باعث شود سیاهچاله‌ها جرم خود را زودتر از کهکشان میزبان در آن میلیارد سال اول به دست آورند.» “این اولین مدرکی است که ما در مورد آن می بینیم که هیجان انگیز است.”