نقش سیاهچاله ها در شکل گیری ستاره ها پس از انفجار بزرگ

      در تابستان 2022، زمانی که تلسکوپ فضایی جیمز وب اولین دسته از تصاویر خود را از اعماق فضا مخابره کرد، چیزی غیرمنتظره را فاش کرد؛ کیهان اولیه مملو از کهکشان­های عظیم و درخشان، تعداد شگفت انگیزی از ستاره­ها و هر چیزی شبیه آنها بوده است. محققان استدلال کردند که در مراحل اولیه تکامل کیهانی، کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، این ستارگان به سادگی نباید زمان زیادی برای بزرگ شدن ­می­داشتند. همانطور که جوریت ماتیس، اخترفیزیکدان مؤسسه علم و فناوری اتریش، در یک بیانیه مطبوعاتی اخیر بیان کرد: «مثل این است که به یک کودک پنج ساله نگاه کنید که دو متر قد دارد.» این کشف، دانشمندان را به جستجوی راهی برای توضیح این مسئله که کهکشان‌ها بیش از حد رشد کرده­اند، کشاند. این موضوع پدید آمده با آنچه ستاره‌شناسان در مورد چگونگی پیشرفت جهان به وضعیت فعلی‌اش می‌دانند، ناسازگار به نظر می‌رسند.

یک پاسخ احتمالی از یک مطالعه در سال 2024 به رهبری جوزف سیلک، اخترفیزیکدان دانشگاه جان هاپکینز و دانشگاه سوربن می­آید. او متوجه شد که درخشندگی آنها تنها چیز قابل توجه در مورد این کهکشان­ها نیست، بلکه بیشتر آنها مربوط به یک سیاهچاله غول­پیکر است که در مرکز خود دارند. سیلک فکر نمی­کند که این یک تصادف باشد. او بر این باور است که آن غول­های بزرگ که به خاطر قدرت نابودی خود مشهور هستند، در واقع می­توانند مسئول تسریع تولد ستارگان جدید باشند. او می‌گوید: «[آنها] کاتالیزور گمشده‌ای هستند که ما برای درک این پدیده که در غیر این صورت کاملاً عجیب است، به آن متوسل می‌شویم». ما فقط دو راز را به هم متصل می­کنیم و این راه­حلی به ما می­دهد. اگرچه سیاهچاله‌ها را تصور می‌کنیم که به‌طور جبران‌ناپذیری همه چیز را در اطراف خود می‌بلعند، طبق تعریف، آنها مناطقی با چنان گرانش عظیمی هستند که هیچ چیز نمی‌تواند از چنگال آنها فرار کند. چیزی که به عنوان بازخورد هسته‌های فعال کهکشانی یا AGN شناخته می‌شود. نحوه کار آن به این صورت است: همانطور که ماده به دور یک سیاهچاله می­چرخد، یک قرص شبیه به حلقه­های سیاره زحل تشکیل می­دهد. آن دیسکی که به سرعت در حال چرخش است، گرم شده و در یک رهاسازی فوق­العاده انرژی، فواره­هایی از ذرات یونیزه و گاز داغ غیرقابل تصور را به بیرون پرتاب می­کند. سیلک می­گوید: «کهکشان در این بین گیر افتاده است. این جریان‌ها در حال له شدن هستند.» این روند همیشه آن­چنان که به نظر می­رسد، مخرب نیست. سیلک و همکارانش فکر می‌کنند که این جریان‌ها در واقع «بذرهایی برای کهکشان‌های اولیه» بودند که صدها سال نوری به محیط اطرافشان می‌رسیدند و ابرهای گازی بی‌شکل را به ستاره‌ها تبدیل می‌کردند. اگر این فرضیه درست باشد، حضور آن کهکشان­های درخشان اصلاً عجیب نیست. با سیاهچاله­هایی که به عنوان تقویت کننده­های تشکیل ستاره عمل می­کنند، دقیقاً همان چیزی هستند که انتظار دارید، ببینید. به عبارت دیگر، سیاهچاله­ها قرار است فرزندان ستارگان بسیار پرجرم باشند، نه برعکس. تئوری سیلک این داستان را در ذهن خود تغییر داده و نشان می­دهد که آنها اول وجود داشته­اند. ما با یک سناریوی مرغ و تخم مرغ با ابعاد کیهانی روبرو هستیم.

در حال حاضر این فرضیات فقط حدس و گمان هستند. احتمالاً به نسل جدیدی از تداخل‌سنج‌ها و دستگاه‌هایی که می‌توانند امواج گرانشی ناشی از ایجاد سیاه‌چاله‌ها را تشخیص دهند، نیاز داریم تا این فرآیند را درک کنیم. این فرآیند در نهایت تکه‌های پازل را کنار هم گذاشته و تصمیم می‌گیرد که آیا ابتدا سیاه‌چاله‌ها آنجا بودند یا به‌طور طبیعی‌تر توسط فرآیندهای اخترفیزیکی شکل گرفتند؟» "این یک سوال بزرگ است." به نظر می­رسد که این اتفاقات تنها از حدود 500 میلیون سال پس از انفجار بزرگ شروع شده و تا 2 الی 3 میلیارد سال پس از آن دوام داشته است. سیلک می‌گوید: «این زمانی است که همه آتش‌بازی‌های کیهان اتفاق افتاده است. "بعد از آن، همه چیز آرام شده است."

با انبساط کهکشان‌ها، فاصله هر کدام بیشتر شده و مواد خام مورد نیاز برای ایجاد ستاره‌ها در آنها به وجود آمده است. درخشش‌های شدید بهره‌وری ستارگان هنوز هم گهگاه در فضاهای نزدیک (یعنی جدیدتر) ظاهر می‌شود، اما به طور کلی کیهان آرام شده است. در آرامش و سکوت نسبی جهان مدرن، ما مانده­ایم که بفهمیم این همه تصاویر بدست آمده برای درک ما از نحوه شکل­گیری کهکشان­ها، چه معنایی دارد. دانشمندان قبلاً می‌دانستند که سیاه‌چاله‌ها محرک‌های کلیدی تکامل کهکشانی هستند، اما کار سیلک نشان می‌دهد که آنها حتی بیشتر از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، تأثیرگذار بوده‌اند.

او می‌گوید: «کارهای بیشتری باید انجام شود، اما شکاف‌ها در حال پر شدن هستند.»

منابع مقاله:

1)      American Association for the Advancement of Science. Baby quasars: Growing supermassive black holes

2)      Joseph Silk. Astrophysicist at Johns Hopkins University and Sorbonne University

3)      The Astrophysical Journal Letters. Which Came First: Supermassive Black Holes or Galaxies? Insights from JWST

4)      Frontiers in Astronomy and Space Science. The Many Routes to AGN Feedback

5)      Britannica. Accretion disk

6)      Space Science Review. Formation of the First Stars and Black Holes

7)      NASA. Black Hole Types

8)      Phys. Rev. D. Primordial black holes as dark matter