کشف «ستاره سیاه‌چاله» در کیهان اولیه توسط ستاره‌شناسان؛ معمای «نقاط قرمز کوچک» وب حل شد

برای دهه‌ها، تمایز کتاب‌های درسی بین ستارگان و سیاه‌چاله‌ها مطلق بود: ستارگان موتورهای همجوشی هسته‌ای هستند که نور ساطع می‌کنند، در حالی که سیاه‌چاله‌ها گودال‌های گرانشی هستند که نور را می‌بلعند. اما مشخص شده است که کیهان اولیه به این مرز احترام نمی‌گذاشته است. ستاره‌شناسان وجود «ستاره سیاه‌چاله» را تأیید کرده‌اند – رده کاملاً جدیدی از اجرام کیهانی که مانند یک ستاره عظیم به نظر می‌رسد و می‌درخشد، اما از درون توسط یک سیاه‌چاله کلان‌جرم در حال رشد سریع، تغذیه می‌شود.[1][2]

این کشف که در مجله نیچر (Nature) منتشر شده است، بر روی جرمی به نام MoM-BH*-1 متمرکز است که به آن لقب «صخره» (The Cliff) داده‌اند. این جرم که تقریباً ۱۳ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد، تنها ۶۶۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ (مه‌بانگ) شکل گرفته است. در نگاه اول، این جرم شبیه ستاره‌ای به اندازه کل منظومه شمسی ما است که با نوری درخشان و قرمز تیره می‌تابد.[2][6]

با این حال، خروجی انرژی MoM-BH*-1 قوانین فیزیک ستارگان را زیر سؤال می‌برد. این جرم ۱۰۰ میلیارد برابر بیشتر از هر ستاره شناخته شده‌ای که می‌تواند از طریق همجوشی هسته‌ای تولید کند، انرژی آزاد می‌کند. این انفجار خیره‌کننده قدرت، امضای یک سیاه‌چاله است که به شدت در حال تغذیه از مواد اطراف خود است.[1][3]

سازوکار پشت یک ستاره سیاه‌چاله، نمونه‌ای عالی از اخترفیزیک افراطی است. به جای هسته‌ای که هیدروژن را به هلیوم تبدیل می‌کند، مرکز این جرم یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است – تقریباً ۱۰۰ هزار برابر جرم خورشید ما. اطراف این سیاه‌چاله را پیله‌ای فوق‌العاده متراکم و متلاطم از گاز هیدروژن نیمه‌یونیزه فرا گرفته است. هنگامی که سیاه‌چاله این گاز را مصرف می‌کند، اصطکاک و نیروهای گرانشی گرمای و نور عظیمی تولید می‌کنند و باعث می‌شوند کل پوشش گازی مانند جو یک ستاره بدرخشد.[1][5][6]

دکتر روهان نایدو (Rohan Naidu) از مؤسسه اخترفیزیک و تحقیقات فضایی کاولی MIT و نویسنده اصلی این مطالعه، توضیح داد: «ما نوع جدیدی از جرم اخترفیزیکی پیدا کرده‌ایم. این جرم با انرژی‌ای می‌درخشد که معمولاً با سیاه‌چاله‌ها مرتبط است، اما در عین حال دارای امضاهایی است که به طور کلاسیک با ستارگان مرتبط هستند.»[2]

این یافته مستقیماً یکی از مورد بحث‌ترین معماهای دوران تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) را حل می‌کند. از زمانی که JWST در سال ۲۰۲۲ شروع به کار کرد، ستاره‌شناسان از فراوانی «نقاط قرمز کوچک» پراکنده در سراسر کیهان اولیه گیج شده بودند. در ابتدا، تصور می‌شد که این نقاط، کهکشان‌های باستانی و فوق‌العاده متراکمی هستند که به نحوی بسیار زودتر از موعد در تاریخ کیهانی شکل گرفته‌اند و مدل‌های استاندارد کیهان‌شناسی را به چالش می‌کشیدند.[3][4]

داده‌های حاصل از MoM-BH*-1 واقعیت متفاوتی را نشان می‌دهد. محققان با تجزیه و تحلیل طیف عمیق نور این جرم، متوجه شدند که قرمزی آن ناشی از غبار کهکشانی نیست که مجموعه‌ای از ستارگان را پنهان کرده باشد. در عوض، ستاره سیاه‌چاله در گاز خالص محصور شده است، گازی که نور آن را به سمت انتهای قرمز طیف جابجا می‌کند بدون اینکه دید را مسدود کند – بسیار شبیه به نحوه پراکندگی جوی که باعث می‌شود غروب خورشید در زمین قرمز به نظر برسد.[6]

نکته حیاتی این است که این رده جدید از اجرام، حلقه مفقوده چگونگی رشد سریع سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را فراهم می‌کند. ستاره‌شناسان مدت‌ها برای توضیح وجود سیاه‌چاله‌هایی با جرم میلیاردی خورشیدی در کیهان اولیه مشکل داشتند، زیرا به سادگی زمان کافی برای رشد آنها از طریق برافزایش استاندارد وجود نداشت. فاز ستاره سیاه‌چاله به عنوان یک دوره رشد «توربوشارژ شده» عمل می‌کند و به یک سیاه‌چاله بذری اجازه می‌دهد تا به سرعت از یک پوشش گازی عظیم و پایدار تغذیه کند.[4][5]

در حالی که شواهد برای MoM-BH*-1 قوی است، تیم تحقیقاتی در مورد محدودیت‌های مشاهدات فعلی صریح هستند. هنوز ثابت نشده است که این فاز ستاره سیاه‌چاله دقیقاً چقدر طول می‌کشد تا سیاه‌چاله مرکزی پیله گازی خود را به طور کامل مصرف کرده یا آن را به بیرون پرتاب کند. علاوه بر این، در حالی که ستاره‌شناسان گمان می‌کنند بسیاری از «نقاط قرمز کوچک» دیگر نیز ستاره‌های سیاه‌چاله هستند، تأیید این موضوع نیازمند پیگیری‌های طیف‌سنجی عمیق برای هر یک از اجرام به صورت جداگانه است.[4][6]

این کشف لحظه‌ای نادر است که در آن فیزیک نظری و نجوم رصدی کاملاً با هم هماهنگ می‌شوند تا تاریخ کیهانی را بازنویسی کنند. ستاره‌شناسان با اثبات اینکه سیاه‌چاله‌ها و ستارگان می‌توانند به عنوان یک موجودیت واحد و ترکیبی وجود داشته باشند، نه تنها معمای نقاط قرمز کوچک را حل کرده‌اند، بلکه دوران کودکی سیاه‌چاله‌های کلان‌جرمی را که امروزه کهکشان‌ها را لنگر می‌اندازند، روشن کرده‌اند.[3][5]