تلسکوپ فضایی جیمز وب مرزهای تازه‌ای را با آشکار کردن اجرامی که حتی تصور وجودشان را هم نداشتیم، در اخترفیزیک خارج‌کهکشانی گشوده است و ما تازه در آغاز این ماجراجویی هستیم.

به نقل از اسپیس، با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، اخترشناسان یک سیاه‌چاله‌ فوق‌العاده پرجرم و حریص را کشف کرده‌اند که در دوره‌ای از تاریخ کیهان به نام ظهر کیهانی (Cosmic Noon) وجود داشته است. دوره‌ای که حدود چهار میلیارد سال پس از مه‌بانگ رخ داده است. این کشف می‌تواند به روشن‌تر شدن معمای چگونگی رشد سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر که جرمشان به میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر جرم خورشید می‌رسد، کمک کند.

این سیاه‌چاله بخشی از مجموعه اجرامی است که تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در کیهان آغازین شناسایی کرده است. اجرامی مرموز که به نام نقاط قرمز کوچک (Little Red Dots) شناخته می‌شوند؛ لکه‌های سرخ‌رنگی از نور که تنها به لطف چشم فروسرخ و بسیار قدرتمند این تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری دیده شده‌اند.

اما با جرمی معادل ۱۰۰ میلیون برابر خورشید، در حقیقت هیچ چیز «کوچکی» در مورد این سیاه‌چاله وجود ندارد. گروه کشف‌کننده برای آن نامی نمادین برگزیدند: BiRD که مخفف عبارت Big Red Dot (نقطه قرمز بزرگ) است.

سیاه‌چاله‌ها خودشان هیچ نوری ساطع نمی‌کنند و در واقع هر نوری را که به آن‌ها بتابد، به دلیل نیروی گرانش عظیمشان به دام می‌اندازند. با این حال، زمانی که این غول‌های کیهانی در میان حجم عظیمی از ماده قرار دارند و از آن تغذیه می‌کنند، این مواد و نیز فواره‌های پرانرژی که از قطب‌های سیاه‌چاله بیرون می‌زنند، جرمی بسیار درخشان به نام اختروش (Quasar) پدید می‌آورند. این اجرام از فواصل بسیار دور قابل مشاهده‌اند؛ برای نمونه، نوری که از بِرد به زمین رسیده، ۱۰ میلیارد سال در راه بوده است.

بِرد در ناحیه‌ای از آسمان کشف شد که در نزدیکی یک اختروش شناخته‌شده به نام J۱۰۳۰ قرار دارد و خودش نیز یک سیاه‌چاله‌ فوق‌العاده پرجرم در فاصله‌ حدود ۱۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین است. این بخش از آسمان پیش‌تر نیز به‌خوبی مورد مطالعه‌ اخترشناسان قرار گرفته بود، از جمله گروهی پژوهشی از مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF). اما زمانی که آن‌ها به‌دقت تصاویر و طیف‌های به‌دست‌آمده از ابزار NIRCam تلسکوپ جیمز وب را بررسی کردند، منبع نوری غیرعادی‌ای را دیدند. نقطه‌ای درخشان در نور فروسرخ که پیش‌تر در داده‌های پرتو ایکس یا رادیویی دیده نشده بود.

فدریکا لوییچانو (Federica Loiacono)، سرپرست تیم و پژوهشگر می‌گوید: از تصاویر کالیبره‌شده، فهرستی از منابع موجود در میدان دید تهیه کردیم. همان‌جا بود که متوجه BiRD شدیم. جرمی درخشان و نقطه‌مانند که نه ستاره بود و نه در فهرست‌های قبلی اشعه ایکس یا رادیویی وجود داشت. طیف آن را تحلیل کردیم؛ آن چه که اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های فیزیکی جرم به ما می‌دهد.

عنصرها نور را در طول‌موج‌های خاصی جذب یا منتشر می‌کنند، بنابراین هر عنصر اثر انگشت نوری خود را دارد که در طیف آن دیده می‌شود.

ما سیگنال‌های واضحی از هیدروژن یافتیم به‌ویژه خطی به نام پاشن گاما (Paschen gamma) که نشان‌دهنده‌ وجود هیدروژن یونیزه‌شده است و همچنین نشانه‌هایی از هلیوم که در حالت جذب دیده می‌شود.

لوییچانو می‌گوید: این جزئیات به ما امکان داد تا فاصله‌ BiRD را برآورد کنیم و دریافتیم که در مقایسه با بیشتر نقاط قرمز کوچک شناخته‌شده، نسبتا به ما نزدیک‌تر است. از تحلیل طیف این منبع همچنین توانستیم جرم سیاه‌چاله‌ مرکزی را تخمین بزنیم که حدود ۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است.

نقاط قرمز کوچک اجرامی بسیار فشرده با ویژگی‌های طیفی غیرمعمول‌ هستند. نظریه‌های گوناگونی درباره‌ ماهیت آن‌ها وجود دارد؛ از جمله فرضیه‌ای تازه که می‌گوید ممکن است نوعی جرم آسمانی جدید باشند که به آن‌ها ستارگان سیاه‌چاله‌ای (Black Hole Stars) گفته می‌شود.

اما یکی از نظریه‌های غالب این است که نقاط قرمز کوچک در واقع سیاه‌چاله‌های در حال تغذیه و رشد هستند. مشکل اینجاست که اگر واقعا چنین باشد، ناحیه‌ اطرافشان باید تابش پرقدرتی در محدوده‌ پرتو ایکس منتشر کند، اما این موضوع در مورد نقاط قرمز کوچک از جمله BiRD مشاهده نمی‌شود.

یکی از توضیحات ممکن این است که این نقاط در واقع بذرهای اولیه‌ سیاه‌چاله‌های عظیم هستند که هنوز درون پوشش ضخیمی از گاز و غبار پنهان‌ هستند. این لایه‌ها تابش پرانرژی پرتو ایکس را جذب می‌کنند، اما اجازه می‌دهند نور فروسرخ با انرژی پایین‌تر عبور کند و به ما برسد.

با این حال، حتی در میان نقاط قرمز کوچک شناخته‌شده، BiRD موردی غیرعادی‌تر از بقیه است. لوییچانو توضیح می‌دهد: پیش از BiRD فقط دو نقطه قرمز کوچک دیگر با ویژگی‌های طیفی مشابه، از جمله خطوط هلیوم و پاشن گاما در همین فاصله‌ کیهانی شناخته شده بود. وقتی طیف BiRD را با آن دو مقایسه کردیم، شباهت‌های قوی‌ دیدیم. پهنای خطوط، جذب، جرم سیاه‌چاله و چگالی گاز تقریبا مشابه بودند. این موضوع باعث شد نتیجه بگیریم BiRD نیز به همان خانواده‌ نقاط قرمز کوچک تعلق دارد.

تا پیش از این تصور می‌شد این اجرام تا زمان «ظهر کیهانی» (حدود ۱۱ میلیارد سال پیش) رو به زوال رفته باشند، اما محاسبات این گروه نشان می‌دهد که این نقاط در آن زمان هنوز به‌وفور در کیهان وجود داشته‌اند.

چالش بعدی گسترش این پژوهش به تعداد بیشتری از نقاط قرمز کوچک نزدیک‌تر است تا بتوانیم جزئیات بیشتری از آن‌ها به دست آوریم و تصویری کامل‌تر بسازیم. تلسکوپ جیمز وب مرزهای تازه‌ای را در اخترفیزیک خارج‌کهکشانی گشوده و اجرامی را آشکار کرده که حتی تصورشان را هم نمی‌کردیم و ما تازه در آغاز این ماجراجویی هستیم.