سیاه چاله عظیم پس از پرخوری ، چرت زدن پیدا کرد

در چند صد میلیون سال اول پس از بیگ بنگ ، اتفاق عجیبی رخ داده است: بسیاری از سیاهچاله های عظیم قبلاً وجود داشته اند. این غول ها در مقایسه با کهکشانهای کوچکی که میزبان آنها بودند ، خیلی بزرگ به نظر می رسید. دانشمندان دریافتند که سیاهچاله ها بیش از حد بیش از حد ۱۰۰۰ برابر بیشتر از کهکشان های خود نسبت به سیستم های مشابه در جهان محلی دارند.

سالها ، محققان نظریه های مختلفی را برای توضیح این معما ارائه می دادند. برخی پیشنهاد کردند که سیاه چاله ها سنگین به دنیا آمده اند ، در حالی که برخی دیگر استدلال می کنند که کوچکتر خیلی سریع رشد می کنند. با این حال ، تا همین اواخر ، هیچ کس داده های مناسبی برای مرتب کردن این ایده ها نداشت.

اکنون ، به لطف پروژه JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب ، یک تیم بین المللی کشف کرده است که نحوه مشاهده دانشمندان جهان اولیه را تغییر می دهد.

در یک کهکشان واقع در حدود ۱۳ میلیارد سال نوری ، اخترشناسان سیاه چاله ای عظیم پیدا کردند که قبلاً تنها ۸۰۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ شکل گرفته بود-و این کار شگفت آور است. خواب است

کهکشان ، که با شماره کاتالوگ طولانی خود شناخته می شود اما اغلب به GN-1001830 کوتاه می شود ، در قسمت Goods-N قرار دارد. این تیم از هر دو دوربین مادون قرمز نزدیک (NIRCAM) و طیف نگاری مادون قرمز نزدیک (NIRSPEC) در وب برای مشاهده آن استفاده کرد.

منشور NIRSPEC چیزی غیر منتظره را نشان داد: یک خط انتشار گسترده Hα ، اغلب نشانه ای از سیاه چاله فعال ، اما بدون علائم معمول از جریان های قوی. گسترده بودن و تقارن خط به وجود یک منطقه با خط وسیع اشاره دارد و حاکی از یک سیاه چاله بی سر و صدا است.

این سیاه چاله حدود ۴۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است و آن را به یکی از بزرگترین مورد توجه در این نقطه اولیه در تاریخ کیهانی تبدیل کرده است. نکته جالب تر رابطه آن با کهکشان میزبان آن است. به طور معمول ، سیاهچاله ها فقط در حدود ۰.۱ ٪ از توده کهکشان آنها هستند. در اینجا ، سیاه چاله حدود ۴۰ ٪ از توده کهکشان را تشکیل می دهد – تفاوت حیرت انگیز.

علی رغم اندازه آن ، سیاه چاله به سختی تغذیه می شود. میزان جمع آوری آن تنها در حدود ۰.۰۲ برابر حد ادینگتون است ، حداکثر نرخ که یک سیاه چاله می تواند بدون دمیدن آن از طریق فشار تابش ، مواد را مصرف کند. به عبارت دیگر ، اصلاً به سختی غذا می خورد.

Ignas Juodžbalis ، نویسنده اصلی این مطالعه و یک دانشجوی دکترا در موسسه کیهان شناسی کمبریج ، گفت: “حتی اگر این سیاه چاله خفته باشد ، اندازه عظیم آن باعث می شود تا ما را تشخیص دهیم.” “وضعیت خفته آن به ما این امکان را می داد تا در مورد توده های کهکشان میزبان نیز بیاموزیم. جهان اولیه موفق شد حتی در کهکشانهای نسبتاً ریز و درشت ، برخی از هیولاهای مطلق تولید کند.”

بیشتر سیاهچاله ها با درخشش درخشان دیسک های پیوستگی که در اطراف آنها می چرخند کشف می شوند. با سقوط گاز به سمت سیاه چاله ، گرم می شود و نور ماوراء بنفش را ساطع می کند. هنگامی که یک سیاه چاله به شدت تغذیه می شود ، به شدت می درخشد. هنگامی که در حال چرت زدن است ، درخشش کمرنگ می شود و تشخیص آن را سخت تر می کند.

این کشف نشان می دهد که بسیاری از سیاهچاله ها در جهان اولیه نیز ممکن است بیشتر اوقات خفته باشند. این بدان معناست که نظرسنجی های فعلی می تواند تعداد زیادی از آنها را از دست بدهد.

روبرتو مایولینو ، نویسنده همکار از آزمایشگاه کاوندیش کمبریج و موسسه کاولی ، این اهمیت را توضیح داد: “این احتمال وجود دارد که اکثریت قریب به اتفاق سیاه چاله های موجود در این حالت خفته وجود داشته باشد.

حساسیت باورنکردنی JWST باعث شد تا این غول خواب ممکن باشد. بدون ابزارهای قدرتمند وب ، سیگنال های کم نور از یک سیاه چاله غیر سازنده غافل می شدند.

این نتایج در مجله Nature منتشر شد و این کار توسط شورای تحقیقات اروپا و شورای علوم و فناوری انگلیس پشتیبانی شد.

دانشمندان مدتها فکر کرده اند که سیاهچاله ها از بقایای ستاره های عظیم شکل می گیرند. با گذشت زمان ، آنها با بلعیدن ماده در نزدیکی رشد می کنند تا اینکه فشار تابش تغذیه آنها را کند کند. حد ادینگتون توصیف می کند که چقدر سریع می توانند رشد کنند.

با این حال ، این سیاه چاله جدید متناسب با آن تصویر مرتب نیست. اندازه عظیم آن ، بنابراین در اوایل جهان ، نشان می دهد که یا بزرگ به دنیا آمده است ، یا با شکستن قوانین برای انفجارهای کوتاه رشد می کند.

مایولینو گفت: “این امکان وجود دارد که سیاهچاله ها” بزرگ “متولد شوند ، که می تواند توضیح دهد که چرا وب در اوایل جهان سیاهچاله های عظیم را مشاهده کرده است.” “اما احتمال دیگر این است که آنها دوره های بیش فعالی را پشت سر می گذارند ، و به دنبال آن دوره های طولانی خواب است.”

تیم کمبریج با همکاری با محققان در ایتالیا ، شبیه سازی های رایانه ای را برای آزمایش این ایده ها اجرا کرد. مدل های آنها نشان می دهد که سیاهچاله ها می توانند به طور خلاصه از حد ادینگتون فراتر روند. در این دوره ها ، آنها می توانند حدود پنج تا ده میلیون سال وحشیانه بخورند ، سپس حدود ۱۰۰ میلیون سال بخوابند.

مایولینو گفت: “به نظر می رسد توضیح یک سیاه چاله خفته با دوره های بیش فعالی ، اما این انفجارهای کوتاه اجازه می دهد تا در حالی که بیشتر وقت خود را صرف چرت زدن می کند ، به سرعت رشد کند.”

این چرخه گورنگ و خواب توضیح می دهد که چگونه سیاهچاله ها می توانند بدون اینکه دائماً درخشان باشند ، به چنین اندازه های عظیم برسند. همچنین این امر به شما کمک می کند که چرا بسیاری از سیاهچاله ها از مشاهدات گم شده اند: آنها به سادگی خیلی ساکت هستند که بیشتر اوقات را مورد توجه قرار می دهند.

برای Juodžbalis ، این کشف یک لحظه مهم در اوایل کار تحقیقاتی خود بود. وی گفت: “این اولین نتیجه ای بود که من به عنوان بخشی از دکترای خود داشتم و کمی طول کشید تا قدردانی کنم که چقدر قابل توجه بود.” “تا زمانی که من با همکارانم در سمت نظری نجوم صحبت کردم ، توانستم اهمیت واقعی این سیاه چاله را ببینم.”

این یافته فصل جدیدی از نجوم سیاه چاله را باز می کند. اگر بسیاری از سیاهچاله های فوق العاده در اوایل جهان این چرخه های رشد سریع و خواب را پشت سر بگذارند ، نظریه های امروز در مورد تکامل کهکشان نیاز به به روزرسانی های جدی دارند. سیاهچاله ها ممکن است نقش بسیار بیشتری در شکل دادن به کهکشان ها از آنچه قبلاً تصور می شد ، ایفا کنند ، حتی در حالی که بیشتر اوقات غیرفعال ظاهر می شدند.

دانشمندان با توجه به داده های بیشتر از JWST و نظرسنجی های آینده ، امیدوارند که بیشتر این غول های خواب را کشف کنند. هر کشف جدید می تواند بینش تازه ای در روزهای ابتدایی و پر هرج و مرج جهان به ارمغان بیاورد.

اگر این سیاه چاله خفته فقط نوک کوه یخ باشد ، چند سال تحقیق می تواند درک ما را از چگونگی رشد کیهان از آغاز آتشین خود به ساختار غنی که امروزه دیده می شود ، تغییر دهد.