JWST تأیید میکند: اولین سیاهچالهٔ ابرجرم فرارکننده که فضا را میپارد
گاهی گاهی یک جسم ستارهای همانند خرگوش سفیدی که برای یک تاریخ بسیار مهم بسیار دیر رسیده است، با سرعتی خیرهکننده از فضا میگذرد.
اکنون برای اولین بار، ستارهشناسان تأیید کردهاند که یک سیاهچالهٔ ابرجرم با جرمی حداقل ۱۰ میلیون برابر جرم خورشید، بهطریقی شگفتانگیز از کهکشان میزبانی خود با سرعت خیرهکنندهای برابر ۹۵۴ کیلومتر (۵۹۳ مایل) بر ثانیه خروج کرده است – که معادل ۰٫۳۲ درصد سرعت نور میباشد.
اگرچه این سریعترین جسم ستارهای فرارکنندهای که تاکنون مشاهده شده نیست، اما نیروی عظیم گرانشی مورد نیاز برای شلیک سیاهچالهای با چنین جرمی با این سرعت فراوان از طریق محیط پیرامونکهکشانی، بهطرز شگفتآوری ذهن را بهحیرت میاندازد.
سیاهچالهای که اکنون با نام RBH‑1 شناخته میشود، اولین بار در سال ۲۰۲۳ گزارش شد – شیئی عظیم با زمان سفر نور ۷٫۵ میلیارد سال، که با نعرهای در فضا حرکت میکند، با یک شوک پیشرو عظیم در جلوی خود و ردپایی از تشکیل ستارگان تا طول ۲۰۰ هزار سال نوری در پشت آن.
در آن زمان، سرنخها ظاهراً تصویری واضح از یک جسم فرارکننده نشان میدادند. امروز با مشاهدات پیگیری، به رهبری ستارهشناس پیتر وندوکم از دانشگاه ییل و بهکارگیری ابزار نزدیک‑اینفرارد NIRSpec تلسکوپ JWST، تأیید شده است که RBH‑1 واقعاً از لبههای بیرونی کهکشانیاش به سمت فضای بینکهکشانی پرتاب میشود.
چگونگی این پدیده شاید حتی هیجانانگیزتر باشد. پژوهشگران بر این باورند که رویداد ایجادکنندهٔ شتاب RBH‑1، بهاحتمال زیاد، بازتاب گرانشی ناشی از ادغام دو سیاهچالهٔ ابرجرم بوده است.
«این نتایج»، آنها در پیشچاپی که در arXiv بارگذاری شده است مینویسند، «تأیید میکند که ردپا توسط یک سیاهچالهٔ ابرجرم فرارکننده فوقصوتی تغذیه میشود، که پیامد پیشبینیشدهٔ بازتاب امواج گرانشی یا پرتاب چندبدنی از هستههای کهکشانی است.»
سیاهچالههای ابرجرم تمایل دارند همچون عنکبوتها و تارهایشان که بههم میپیوندند، بهیکدیگر چسبیده باشند. کهکشانها اطراف سیاهچالهها شکل میگیرند و رشد میکنند، و سیر تکاملشان تحت تأثیر گرانش و رفتار این سیاهچالههای هستهای غولپیکر در میان خود است.
این به معنای این نیست که سیاهچاله باید در جای خود بماند. بر پایهٔ نظریه، تخریبی به اندازه کافی میتواند سیاهچاله را از موقعیتش جدا کرده و آن را بهسوی پرسهزنی در کیهان بفرستد، همراه با یک ابر کوچک از مادهٔ درون حوزهٔ نزدیک و محکوم به آن.
ستارهشناسان در طول سالها شواهد فراوانی از این مکانیزم بهدست آوردهاند. این شواهد شامل چندین کاندیدای سیاهچالهٔ ابرجرم فرارکننده است که از مراکز کهکشانهایشان پرتاب شدهاند، یک کهکشان که سیاهچالهٔ ابرجرم دومی در حاشیهاش دارد، و حتی یک کهکشان که بهنظر میرسد سیاهچالهٔ ابرجرم خود را کاملاً از دست داده است.
شبیهسازیها همچنین نشان میدهند که باید تعداد قابلتوجهی از سیاهچالههای ابرجرم سرکش در آنجا وجود داشته باشد، بهصورت نامرئی در تاریکی فضاهای بینکهکشانی در حال پنهان شدن.
برای تأیید اینکه آیا RBH‑1 دقیقاً همانگونه که در مشاهدات اولیه به نظر میرسید، وندوکم و همکارانش از JWST برای نقشهبرداری توزیع سرعت در سراسر شوک پیشرو جلوی سیاهچاله استفاده کردند، همانطور که این سیاهچاله به محیط پیرامونکهکشانی (گاز و گرد و غبار نازک اطراف کهکشان میزبانی) نفوذ میکند و آن را فشرده میسازد.
در اصل، کل ساختار – شامل شوک پیشرو، سیاهچاله و ردپای شکلگیری ستارهای پشت سر آن – کمی به سمت ما متمایل است؛ بهطوری که سیاهچاله نزدیکتر و ردپا دورتر است. این همراستایی به پژوهشگران اجازه داد تا نور گاز گرمشده توسط شوک را در شوک پیشرو اندازهگیری کنند.
وقتی چیزی به سمت ما حرکت میکند، طول موج نور آن کمی به سمت انتهای آبیتری طیف فشرده میشود – پدیدهای که بهنام «آبیشیفت» شناخته میشود. پژوهشگران این آبیشیفت را در جلوی و پشت شوک پیشرو اندازهگیری کردند و اختلاف سرعتی چشمگیر و ناگهانی یافتند.
مادهٔ پشت جبههٔ شوک با سرعت ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه نسبت به مادهٔ جلوی آن سریعتر حرکت میکند، و تنها فاصلهٔ نازکی بین آنها وجود دارد. آنها همچنین دریافتند که گاز اطراف لبههای بیرونی شوک پیشرو بهصورت قرمزشیفت نشان میدهد که از سمت ما دور میشود.
طبق یافتههای پژوهشگران، این ساختار کلی فقط میتواند توسط شیئی بزرگ و پرسرعت که با سرعت حدود ۹۵۴ کیلومتر بر ثانیه پیش میرود، بهوجود آید.
سوال بعدی این است: این چگونه اتفاق میافتد؟ در مقالهٔ کشفیات خود، پژوهشگران پیشنهاد دادند که مکانیزم احتمالاً یک تعامل گرانشی سهبدنی بین سه سیاهچالهٔ ابرجرم است که توسط ادغامهای کهکشانی بههم پیوستهاند.
با داشتن اندازهگیریهای دقیقتر، آنها اکنون بر این باورند که محتملترین توضیح، ادغام دو سیاهچالهٔ ابرجرم است که پس از ادغام کهکشانهای میزبانیشان بههم پیوستهاند. همانگونه که این دو بههم میپیوندند و یک سیاهچالهٔ ابرجرم واحد میسازند، رهاسازی نامتقارن انرژی گرانشی یک تکان بازگشت ایجاد میکند که سیاهچالهٔ تازهتشکیلشده را بهسوی پرواز میفرستد.
سرعت اندازهگیریشدهٔ RBH‑1 و جرم کهکشانی که از آن جدا شده است، کاملاً با مدلهای این فرآیند سازگار است.
«ما این شیء را RBH‑1 مینامیم، به اینسکه که اولین سیاهچالهٔ ابرجرم فرارکنندهٔ تأییدشده است»، پژوهشگران مینویسند.
«RBH‑1 تأیید تجربی پیشبینی پنجاهساله است که سیاهچالههای ابرجرم میتوانند از کهکشانهای میزبانی خود فرار کنند، از طریق بازتاب امواج گرانشی یا تعامل سهبدنی.»
این مقاله در سرور پیشچاپ arXiv در دسترس است.