کشف قدیمی‌ترین سیاهچاله جهان توسط جیمز وب: نگاهی به CAPERS-LRD-z9

دانشمندان در یک کشف تاریخی، قدیمی‌ترین سیاهچاله جهان را شناسایی کردند. این سیاهچاله عظیم که در کهکشان CAPERS-LRD-z9 قرار دارد، تنها 500 میلیون سال پس از بیگ‌بنگ شکل گرفته و قدمتی 13.3 میلیارد ساله دارد. این دستاورد، که به رهبری مرکز مرزهای کیهانی دانشگاه تگزاس و با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب به دست آمده، پنجره‌ای به دوران اولیه کیهان باز می‌کند. در این مقاله از آی تی پالس، به بررسی جزئیات این کشف، مشخصات سیاهچاله و اهمیت آن در فناوری‌های فضایی و نجوم می‌پردازیم.

سیاهچاله CAPERS-LRD-z9: غول کیهانی در سپیده‌دمان جهان

قدمت و اهمیت

سیاهچاله CAPERS-LRD-z9 با قدمتی 13.3 میلیارد ساله، زمانی شکل گرفته که جهان تنها 3 درصد از عمر کنونی خود را داشت. این کشف، که در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر شده، مرزهای دانش ما درباره چگونگی تشکیل سیاهچاله‌های کلان‌جرم را جابه‌جا کرده است. آنتونی تیلور، سرپرست این پژوهش، می‌گوید: «این دورترین نقطه‌ای است که فناوری کنونی می‌تواند سیاهچاله‌ها را رصد کند. ما در حال به چالش کشیدن محدودیت‌های ابزارهایمان هستیم.»

جرم و ویژگی‌ها

این سیاهچاله با جرمی معادل 300 میلیون برابر خورشید، حدود نیمی از جرم کل ستارگان کهکشان میزبان خود را تشکیل می‌دهد. این نسبت غیرمعمول حتی در میان سیاهچاله‌های کلان‌جرم، آن را به یک نمونه استثنایی تبدیل کرده است. رنگ قرمز کهکشان CAPERS-LRD-z9 نیز به دلیل وجود ابر ضخیم گازی اطراف سیاهچاله است که نور را به طول‌موج‌های قرمزتر منحرف می‌کند. این ویژگی، کهکشان را در دسته نقاط قرمز کوچک (Little Red Dots) قرار می‌دهد – کهکشان‌های فشرده و درخشان که تنها در 1.5 میلیارد سال اول کیهان وجود داشتند.

چگونه این سیاهچاله کشف شد؟ نقش فناوری جیمز وب

طیف‌سنجی: کلید شناسایی سیاهچاله

برای شناسایی این سیاهچاله، دانشمندان از تکنیک طیف‌سنجی استفاده کردند. این روش، نور دریافتی از یک جرم آسمانی را به طول‌موج‌های مختلف تجزیه می‌کند تا ویژگی‌های آن را بررسی کند. در مورد سیاهچاله‌ها، گازهایی که با سرعت بالا به دور آن می‌چرخند، نوری تولید می‌کنند که بسته به جهت حرکت، به سمت قرمز (دورشونده) یا آبی (نزدیک‌شونده) جابه‌جا می‌شود. استیون فینکلستین، مدیر مرکز مرزهای کیهانی، تأکید می‌کند: «این امضای طیف‌سنجی، نشانه‌ای منحصربه‌فرد از وجود سیاهچاله است که در نمونه‌های دورتر هنوز یافت نشده.»

نقش تلسکوپ جیمز وب و برنامه CAPERS

این کشف با استفاده از داده‌های برنامه CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) تلسکوپ جیمز وب ممکن شد. این برنامه که در سال 2021 آغاز شد، برای مطالعه کهکشان‌های دوردست در دوران یونیزه‌شدن مجدد طراحی شده است – دوره‌ای که ستارگان و کهکشان‌های اولیه شروع به شکل‌گیری کردند. CAPERS-LRD-z9 ابتدا به‌عنوان یک نقطه کوچک در تصاویر جیمز وب دیده شد، اما تحلیل‌های بعدی آن را به‌عنوان یک کهکشان از دسته نقاط قرمز کوچک معرفی کرد.

مارک دیکنسون، رهبر تیم CAPERS، می‌گوید: «هدف اصلی CAPERS، تأیید و مطالعه کهکشان‌های دوردست است. طیف‌سنجی جیمز وب، کلید درک فاصله و ویژگی‌های فیزیکی این اجرام است.»

نقاط قرمز کوچک: راز کهکشان‌های اولیه

نقاط قرمز کوچک، کهکشان‌هایی فشرده، سرخ و به‌طور غیرمنتظره درخشان هستند که فقط در 1.5 میلیارد سال اول کیهان وجود داشتند. این کهکشان‌ها، که با تلسکوپ هابل قابل رصد نبودند، یکی از شگفتی‌های داده‌های اولیه جیمز وب هستند. فینکلستین توضیح می‌دهد: «این کهکشان‌ها با هیچ‌یک از مدل‌های قبلی ما همخوانی نداشتند. درخشش آن‌ها نشان‌دهنده حضور سیاهچاله‌های کلان‌جرم است، نه تعداد زیاد ستارگان، زیرا زمان کافی برای تشکیل چنین ستارگانی وجود نداشته.»

سیاهچاله CAPERS-LRD-z9 تأیید می‌کند که درخشش این کهکشان‌ها از فعالیت سیاهچاله‌های کلان‌جرم ناشی می‌شود، که با فشرده‌سازی و گرم کردن مواد اطراف، انرژی و نور عظیمی تولید می‌کنند.

چرا این کشف برای فناوری و نجوم مهم است؟

بازنویسی تاریخچه سیاهچاله‌ها

وجود یک سیاهچاله با چنین جرمی تنها 500 میلیون سال پس از بیگ‌بنگ، مدل‌های کنونی تشکیل سیاهچاله‌ها را به چالش می‌کشد. فینکلستین می‌گوید: «یا این سیاهچاله‌ها بسیار سریع‌تر از آنچه فکر می‌کردیم رشد کرده‌اند، یا از ابتدا بسیار عظیم بوده‌اند.» این کشف می‌تواند به نظریه‌هایی مانند سیاهچاله‌های مستقیم فروپاشی (Direct Collapse Black Holes) اعتبار ببخشد، که پیشنهاد می‌دهند سیاهچاله‌ها از فروپاشی ابرهای عظیم گازی بدون نیاز به ستارگان شکل گرفته‌اند.

پیشرفت‌های فناوری تلسکوپ جیمز وب

تلسکوپ جیمز وب با ابزارهای پیشرفته‌ای مانند NIRSpec (طیف‌سنج نزدیک مادون قرمز) و NIRCam، امکان رصد دقیق کهکشان‌های دوردست را فراهم کرده است. این فناوری‌ها، مرزهای اکتشافات نجومی را جابه‌جا کرده و به دانشمندان اجازه داده‌اند تا به سپیده‌دمان کیهانی (Cosmic Dawn) نزدیک‌تر شوند.

آینده تحقیقات

تیم تحقیقاتی قصد دارد با جمع‌آوری داده‌های با وضوح بالاتر از جیمز وب، اطلاعات بیشتری درباره CAPERS-LRD-z9 و نقش سیاهچاله‌ها در تکامل کهکشان‌های اولیه به دست آورد. تیلور این سیاهچاله را «یک جرم آزمایشی عالی» می‌داند که می‌تواند به درک بهتر تکامل سیاهچاله‌ها کمک کند.

نتیجه‌گیری: نگاهی به گذشته کیهان با فناوری پیشرفته

کشف سیاهچاله CAPERS-LRD-z9 نه تنها یک دستاورد نجومی، بلکه گواهی بر قدرت فناوری‌های مدرن مانند تلسکوپ جیمز وب است. این سیاهچاله، که در دورترین نقطه قابل رصد کیهان قرار دارد، داستان شکل‌گیری جهان را بازنویسی می‌کند و سؤالات جدیدی درباره تکامل سیاهچاله‌ها و کهکشان‌ها مطرح می‌سازد. آی تی پالس، به‌عنوان مرجع اخبار فناوری و نجوم، شما را با آخرین اکتشافات علمی همراهی می‌کند.