سیاهچاله ممکن است با فروپاشی مستقیم شکل گرفته باشد!!

اخترشناسان احتمالاً سیاهچاله‌ای پرجرم را در کیهان اولیه مشاهده کرده‌اند که با انفجار یک ابر گازی عظیم شکل گرفته است.

کهکشان میزبان سیاهچاله، UHZ1، در رصدهای تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) از کهکشان‌های کیهان اولیه مشاهده شد. نور این کهکشان‌های دور توسط خوشه کهکشانی  Abell 2744 خم و بزرگ‌نمایی شده است و آنها را در معرض دید قرار می‌دهد.

آکوس بوگدان (مرکز اخترفیزیک، هاروارد و اسمیتسونیان) و دیگران از رصدخانه پرتو ایکس چاندرا برای نگاهی دوباره به 11 کهکشان از عدسی گرانشی استفاده کردند. بر اساس این که کهکشان‌ها در کدام طول موج‌ها قابل تشخیص هستند، به نظر می‌رسد که هر یک از ۱۱ کهکشان در یک انتقال به قرمز بیش از ۹ قرار دارند، به این معنی که از ۵۰۰ میلیون سال اول کیهان به ما می‌درخشند. این تیم پرتوهای ایکس را فقط از یک کهکشان، بزرگ‌نمایی‌ترین کهکشان، دریافت کردند.

منبع اشعه ایکس زنگ خطری برای یک سیاهچاله غول پیکر است که در گاز پوشیده شده است. بر اساس داده ها، اخترشناسان فکر می کنند جرم آن تقریباً 40 میلیون خورشید یا 10 برابر بزرگتر از سیاهچاله امروزی در مرکز کهکشان راه شیری است. کار بعدی با JWST تأیید می‌کند که UHZ1 دارای یک تغییر قرمز 10 است که برای ما ظاهراً 470 میلیون سال از تاریخ کیهانی گذشته است.

در همین حال، خود کهکشان در مقایسه با همتایان خود در آن زمان نسبتاً عادی به نظر می‌رسد، (با جرمی حدود 100 میلیون خورشید، شبیه به ابر ماژلانی کوچک در نزدیکی کهکشان راه شیری). اما این کهکشان را در یک سطح با سیاه‌چاله‌ای قرار می‌دهد که در اختیار دارد (در تضاد کامل با جهان مدرن، جایی که سیاهچاله‌ها معمولاً 0.1 درصد به اندازه کهکشانهای میزبانشان جرم دارند).

چگونه یک سیاهچاله بزرگ بسازیم

اخترشناسان درباره چگونگی شکل گیری اولین سیاهچاله های پرجرم بحث می کنند. در یک سناریو، ستارگان بزرگ فرو ریختند، سپس با ریختن گاز و ضربه زدن به یکدیگر با سرعتی سرسام آور رشد کردند. در دیگری، ابرهای بزرگ و بکر گازی مستقیماً در سیاهچاله‌هایی با جرم ده‌ها هزار خورشیدی فرو ریختند، شاید بدون اینکه ابتدا یک جرم ستاره‌ای شکل بگیرند. آنها سپس از آنجا به رشد خود ادامه دادند.

سناریوی دیگری که ستاره تبدیل به سیاه‌چاله می‌شود، تلاش می‌کند توضیح دهد که سیاهچاله‌‌های نادری که در طی 1 بیلیون سال پس از انفجار بزرگ، گازی زیاد پیدا کرده‌اند ( به جرم بیلیونها برابر خورشید). اگر کمتر از یک بیلیون سال زودتر به‌عنوان اجرام با جرم ۱۰۰ خورشیدی شروع شده باشند، توضیح آن دشوار است. (سیاهچاله‌ها فقط می‌توانند خیلی سریع تغذیه کنند.)

از سوی دیگر، سناریوی فروپاشی مستقیم از همگرایی شکننده عوامل رنج می برد. گاز را نمی‌توان توسط عناصر سنگین ساخته شده توسط ستارگان آلوده کرد، با این حال باید توسط ستارگان نزدیک گرم شود تا خیلی زود فرو نریزد. یک راه حل این است که سیاهچاله در یک ماهواره  کنار یک پیش کهکشان پر از خورشیدهای جوان تشکیل شود.

پریاموادا ناتاراجان (ییل)، باسکار آگاروال (در آن زمان در مؤسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک، آلمان) و دیگران قبلاً پیش‌بینی کرده بودند که ابر ماهواره‌ای که سیاهچاله رمبش مستقیم را در خود نگه می‌دارد، بلافاصله پس از تشکیل سیاهچاله با کهکشان بزرگ‌تر و در حال رشد ادغام می‌شود. این اختلاط یک کهکشان سیاهچاله بیش از حد پرجرم یا OBG ایجاد می کند که در آن جرم سیاهچاله تقریباً با کهکشان میزبان جدید مطابقت دارد. این اجرام باید بین 350 تا 550 میلیون سال پس از انفجار بزرگ وجود داشته باشند.

این کهکشان می‌تواند اولین OBG کشف شده باشد. ظاهر UHZ1 در طولموج‌های مختلف با پیش‌بینی‌ها مطابقت دارد و کهکشان کمی منبسط شده است، گویی اخیراً با چیزی ادغام شده است.

Xiaohui Fan (دانشگاه آریزونا)، که در این سه مقاله دخالتی نداشت، می‌گوید که فکر می‌کند این نتایج و سایر نتایج مربوط به سیاه‌چاله‌های اولیه از هیجان‌انگیزترین یافته‌های جیمزوب هستند. اگر مشاهدات پرتو ایکس بعدی جرم این سیاهچاله را تایید کند، سناریوی فروپاشی مستقیم یک “توضیح بسیار طبیعی” خواهد بود.

نویسندگان هشدار می‌دهند که سیاهچاله UHZ1 لزوماً به رشد خود ادامه نداد تا تبدیل به یکی از غول های اسرارآمیز شود که چند صد میلیون سال بعد دیده شد. رشد یک سیاهچاله به محیط آن بستگی دارد و شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌ها همیشه در طول زمان بزرگ‌ترین نمی‌مانند.

با این حال، این اولین فرصتی است که ستاره‌شناسان باید با داده‌های واقعی به جای تئوری، اولین شکل گیری سیاهچاله‌ها را کشف کنند. همانطور که ناظران سرشماری از این سیاهچاله‌ها را انجام می‌دهند، آنها می‌توانند در مورد چگونگی شکل گیری اجرام بیشتر بگویند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

BLACK HOLE MAY HAVE FORMED BY DIRECT COLLAPSE

BY: CAMILLE M. CARLISLE AUGUST 21, 2023

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/black-hole-may-have-formed-by-direct-collapse/