ستاره های سیاه چاله ای ابرهایی گازی هستند که بهواسطه یک سیاهچاله کلانجرم پنهان که در درون آنها قرار دارد، انرژی میگیرند.
احتمال وجود ستاره های سیاه چاله ای با دادههایی از جیمز وب
کشف یک سیگنال پرتو ایکس در محل یکی از نقاط قرمز کوچک اسرارآمیزی که توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) شناسایی شده، این نظریه را تقویت کرده که این نقاط در واقع ستارههای سیاهچالهای هستند. تودههای عظیم و فشردهای از گاز که بهواسطه حضور یک سیاهچاله کلانجرم در حال رشد درون خود، انرژی میگیرند.
این نقاط قرمز کوچک احتمالا بزرگترین کشف کیهانشناسی جیمز وب تا امروز بودهاند، کشفی که اهمیت آن از شناسایی انرژی تاریک در سال ۱۹۹۸ نیز بیشتر است. اگر این اجرام همان چیزی باشند که اخترشناسان تصور میکنند، حلقه گمشده بسیار مهمی در توضیح چگونگی شکلگیری سیاهچالههای کلانجرم و بلکه کهکشانهایی که پیرامون آنها رشد میکنند، خواهند بود.
این نقطه پرتو ایکس طی مقایسه مشاهدات جیمز وب از ناحیهای از آسمان که نقاط قرمز کوچک در آن دیده شده بودند، با دادههای آرشیوی همان ناحیه از رصدخانه پرتو ایکس چاندرای ناسا کشف شد. در واقع، درست در جاییکه جیمز وب نقطه قرمز را مشاهده کرد، چاندرا یک منبع پرتو ایکس را ثبت کرده بود.
اندی گولدینگ، اخترشناس دانشگاه پرینستون، در بیانیهای در اینباره میگوید: «این نقطه پرتو ایکس بیش از ده سال در دادههای چاندرا وجود داشت، اما تا زمانی که جیمز وب این ناحیه را مشاهده نکرد، متوجه اهمیت آن و احتمال اینکه یکی از ستاره های سیاه چاله ای باشد، نشده بودیم.»
وجود پرتو ایکس در مشاهدات چه اهمیتی دارد؟
چاندرا تابهحال میلیونها منبع پرتو ایکس را در سراسر آسمان شناسایی کرده، اما اهمیت این مورد خاص که با نام 3DHST-AEGIS-12014 ثبت شده، تنها زمانی مشخص شد که دانشمندان انطباق آن با محل یکی از نقاط قرمز کوچک مشاهدهشده توسط جیمز وب را تشخیص دادند.
شدت و نوع پرتو ایکسی که از این نقطه دریافت شده، شبیه به پرتوهایی است که از پرتو ایکس کوازارها دریافت میشود؛ کهکشانهایی که در مرکز آنها یک سیاهچاله کلانجرم و بسیار فعال قرار دارد. فعالیت بالای سیاهچالهها معمولا زمانی رخ میدهد که دو کهکشان به هم نزدیک شده یا با یکدیگر ادغام شوند. این فرایند باعث بهحرکت در آمدن و جابهجایی گازهای درون کهکشان شده و آنها را به سمت مرکز یا سیاهچاله، هدایت میکند.
ویژگی نقاط قرمز یا ستاره های سیاه چاله ای
نقاط قرمز کوچک یا ستارههای سیاهچالهای اجرامی فشردهاند و چندصد سال نوری قطر دارند. همچنین این نقاط بسیار قرمز هستند که خنک بودن آنها را نشان میدهد. مطالعهای به سرپرستی آنا د گراف از دانشگاه هاروارد، وجود بخار آب را نیز در آنها شناسایی کرده؛ موضوعی که نشان میدهد دمای این اجرام بین ۱۷۰۰ تا ۳۷۰۰ درجه سلسیوس است. شاید این دما برای ما بسیار زیاد باشد، اما در مقایسه با خورشید و بیشتر ستارگان بهجز کوتولههای قرمز کمجرم، خنکتر است.
علاوه بر این، نقاط قرمز کوچک اجرامی بسیار دوردست هستند و براساس دادهها از ۱۲ میلیارد سال پیش و حتی قبل از آن وجود داشتهاند. برای مثال نور جرم 3DHST-AEGIS-12014 که احتمالا یکی از ستاره های سیاه چاله ای است و در اندازهگیریهای نوری تلسکوپ فضایی هابل ثبت شده، بعد از حدود 11.8 میلیارد سال به ما رسیده است. بنابراین ما این جرم را همانطور میبینیم که در دوران ابتدایی کهکشان بوده است.
معمای تولید و بهوجود آمدن ستاره های سیاه چاله ای
کشف این نقاط قرمز کوچک، علاوه بر دادههایی در مورد ویژگی آنها، یکی از اهداف اصلی علمی جیمز وب یعنی ردیابی منشا شکلگیری سیاهچالههای کلانجرم و کهکشانهای پیرامون آنها را نیز محقق کرده است.
چگونگی تولد سیاهچالههای کلانجرم مدتها یکی از بزرگترین معماهای اخترشناسی بوده و سوالات زیادی در مورد آن وجود داشته است. برای مثال آیا آنها از پایین به بالا شکل میگیرند و رشد ترکیبی دارند و از ترکیب سیاهچالههای کوچکتری در انفجارهای ابرنواختری ایجاد شدهاند؟یا از بالا به پایین و از طریق فروریزش مستقیم یک ابر گازی عظیم با جرمی صدها هزار تا میلیونها برابر جرم خورشید شکل میگیرند؟
کشفیات جدید در مورد نقاط قرمز کوچک تا حد زیادی فرضیه بالا به پایین را ثابت کرده و کشف تازه چاندرا نیز احتمال آن را تقویت میکند. تصور میشود نقاط قرمز کوچک ابرهای عظیم گازی باشند که در دل خود سیاهچالهای کلانجرم و در حال رشد را پنهان کردهاند؛ سیاهچالهای که با بلعیدن این ابر از درون تغذیه میکند. این ابر گازی بهواسطه گرما و فورانهای باریک ذرات باردار که از دهانه سیاهچاله میگریزند، میدرخشد.
سرنخی که نقاط قرمز کوچک را توضیح میدهد
رافائل هفیدینگ از موسسه اخترشناسی ماکس پلانک آلمان و نویسنده اصلی مقاله علمی درباره ستاره های سیاه چاله ای، در مورد اهمیت فرضیه بالا به پایین میگوید: «اخترشناسان سالهاست که برای کشف ماهیت این نقاط قرمز کوچک در تلاش هستند و این جرم پرتو ایکس همان چیزی خواهد بود که به ما کمک میکند تمام قطعات این پازل را به هم وصل کنیم.» در واقع، اگر نتیجه تیم هفیدینگ درست باشد، این جرم نخستین نقطه قرمز کوچکی است که در آن تابش پرتو ایکس بهطور قطعی شناسایی شده است.
در حالت عادی، سیاهچالههای کلانجرم در حال رشد، مانند سیاهچالههایی که در مرکز اختروشها قرار دارند، بهدلیل آزادسازی انرژی زیاد و داغ شدن مادهای که به سمت آنها سقوط میکند، در پرتو ایکس دیده میشوند. اما در یک نقطه قرمز کوچک، گاز اطراف باید پرتوهای ایکس را پیش از خروج به فضا جذب کند. بنابراین نباید چنین جرمی را در حال تابش پرتو ایکس ببینیم. همین موضوع 3DHST-AEGIS-12014 را به جرمی متفاوت تبدیل میکند.
آنا د گراف در اینباره میگوید: «یافتن نقطه قرمز کوچکی که با بقیه فرق دارد، سرنخ مهمی دربارهی منشا انرژی این اجرام به ما میدهد.»
چرا حالا میتوانیم پرتو ایکس این جرم را ببینیم؟
فرضیه این است که این جرم در مرحله گذار میان تولد یک سیاهچاله کلانجرم در دل نقطه قرمز کوچک و سیاهچالههای کلانجرم برهنه قرار دارد؛ سیاهچالههایی که در مرکز کهکشانهای فعال مشاهده میکنیم.
درون نقطه قرمز کوچک، سیاهچاله با بلعیدن ابر گازی اطراف خود بهتدریج رشد میکند. این فرایند در نهایت باعث ایجاد شکاف یا حفرههایی در ابر میشود؛ شکافهایی که مانند پنجره عمل کرده و اجازه میدهند پرتوهای ایکس از دل ابر فرار کرده، به فضا برسند و وجود ستاره های سیاه چاله ای را برای ما مشخص کنند.
باید به این نکته هم اشاره کرد که اگرچه سیگنال پرتو ایکس 3DHST-AEGIS-12014 با شدت پایینی به ما میرسد اما دادههای چاندرا نشان میدهد شدت این پرتوها ثابت نبوده و احتمال تقویت آن وجود دارد. این موضوع همچنین اثبات احتمالی چرخش گازها در اطراف سیاهچاله و انتشار آنها از طریق پنجرههایی است که گاهی در راستای دید ما قرار میگیرند.
بااینحال، هویت واقعی این منبع پرتو ایکس هنوز بهطور کامل مشخص نشده است. یکی از احتمالاتی که درباره هویت این پرتو وجود دارد، روبرو بودن با سیاهچاله کلانجرمی است که نوعی غبار داغ و غیرعادی آن دور آن قرار دارد. البته چنین نوعی از غبار تابهحال مشاهده نشده است.
نتیجه تایید فرضیه وجود ستاره های سیاه چالهای
هانپو لیو از دانشگاه پرینستون میگوید: «اگر تایید کنیم که این منبع پرتو ایکس همان نقطه قرمز کوچکی است که در مرحله گذار قرار دارد،؛ نهتنها با نخستین نمونه از این نوع روبهرو خواهیم بود، بلکه شاید برای اولین بار بتوانیم به قلب یک نقطه قرمز کوچک نگاه کنیم. همچنین این منبع قویترین شاهد موجود برای رشد سیاهچالههای کلانجرم در مرکز برخی از نقاط قرمز کوچک و حتی تمام آنها خواهد بود.»
اگر این فرضیه تایید شود، نقاط قرمز کوچک به یکی از اجزای کلیدی در پازل شکلگیری کهکشانها و سیاهچالههای کلانجرم تبدیل خواهند شد و به دانشمندان کمک میکنند که تاریخ اولیه کهکشانهایی مانند راه شیری را بهتر درک کنند. هدفی که از زمان ادوین هابل و کشف وجود کهکشانهایی فراتر از کهکشان ما، یکی از آرزوهای اصلی اخترشناسان بوده است. اگر شما هم به کشف این اجرام مرموز علاقهمند هستید، مطالعه مطلب سیاهچالهها، توضیح یک اخترفیزیکدان را توصیه میکنیم.
