نجوم‌شناسان شیء جدیدی در اخترفیزیک کشف کردند: ستاره سیاهچاله

**نجوم‌شناسان MIT شیء‌ای را شناسایی کردند که ویژگی‌های ستاره و سیاهچاله را ترکیب می‌کند. این شیء ۱۰۰ میلیارد بار بیشتر از هر ستاره شناخته‌شده انرژی ساطع می‌کند که مدل‌های اخترفیزیکی کنونی را به چالش می‌کشد.

• این شیء که MoM-BH-1 نامیده می‌شود، تنها چند صد میلیون سال پس از بیگ بنگ مشاهده شده است.*
• این شیء دارای یک سیاهچاله مرکزی به جرم ۱۰۰,۰۰۰ برابر خورشید است که توسط یک ابر متراکم هیدروژن احاطه شده است.
• این کشف می‌تواند توضیحی برای "نقاط قرمز کوچک" مرموزی باشد که تقریباً در تمام تصاویر تلسکوپ جیمز وب دیده می‌شود.

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) یک نقطه قرمز بسیار درخشان در جهان اولیه شناسایی کرده است.

این شیء به یک ستاره بزرگ شبیه است، به اندازه سیستم خورشیدی ما، اما ۱۰۰ میلیارد بار بیشتر از هر ستاره شناخته‌شده انرژی ساطع می‌کند.

در واقع، چنین انرژی‌هایی به آنچه که یک سیاهچاله می‌تواند تولید کند نزدیک‌تر است.

ترکیب کنجکاو نشان می‌دهد که این نقطه قرمز نوعی کاملاً جدید از منبع اخترفیزیکی است.

نجوم‌شناسان آن را "ستاره سیاهچاله" می‌نامند.

کشف با تلسکوپ جیمز وب

تیم نجوم‌شناسان MIT و دیگر مؤسسات تحلیل خود را در مجله Nature منتشر کردند.

آنها از تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا برای مشاهده جهان بسیار اولیه، تنها چند صد میلیون سال پس از بیگ بنگ استفاده کردند.

نقطه قرمز درخشان در میان تصاویر فضا عمیق برجسته شد.

نویسنده اصلی، روهان ناید، پژوهشگر هابل ناسا و پاپالاردو در مؤسسه کاولی اخترفیزیک و تحقیقات فضایی (MKI) MIT، توضیح داد که تصویر این شیء به سرعت در حال تغییر است.

به گفته ناید، آنها معتقدند که یک سیاهچاله مرکزی وجود دارد که ۱۰۰,۰۰۰ برابر خورشید جرم دارد.

ستاره سیاهچاله چیست؟

این شیء احتمالاً یک ابر گاز بسیار متراکم است که نه به وسیله همجوشی هسته‌ای استاندارد، بلکه به وسیله یک سیاهچاله مرکزی به حرکت درآمده است.

ترکیب یک سیاهچاله و یک ستاره تا کنون مشاهده نشده است.

در اطراف سیاهچاله یک پوشش گاز بسیار گسترده وجود دارد که به عنوان یک ستاره به اندازه سیستم خورشیدی به نظر می‌رسد.

ناید تأکید کرد که این پوشش "بسیار بزرگ" است.

سیاهچاله در حال جذب، به عنوان منبع قدرت، نقش همجوشی هسته‌ای را ایفا می‌کند و گاز متراکم اطراف به طور مشابه مانند یک شبه‌فوتوسفر عمل می‌کند.

سرنخ نقاط قرمز کوچک

اگر نقطه قرمز درخشان واقعاً یک ستاره سیاهچاله باشد، به شناسایی هویت دیگر "نقاط قرمز کوچک" مرموز کمک خواهد کرد.

این نقاط تقریباً در تمام تصاویر فضا عمیق که JWST تا به امروز گرفته است، ظاهر شده‌اند.

ناید اشاره کرد که این نقاط قرمز کوچک به نظر می‌رسد در سراسر جهان اولیه وجود دارند، اما در زمان حال به طور اساسی ناپدید می‌شوند.

هویت این اشیاء یکی از موضوعات مورد بحث در عصر JWST بوده است.

همکاران MIT در این مطالعه شامل رابرت سیمکو، مدیر MKI و استاد فیزیک، و وندی سان، به همراه همکارانی از چندین مؤسسه هستند.

جستجوی کهکشان‌های اولیه

ناید و همکارانش قصد نداشتند یک ستاره سیاهچاله پیدا کنند.

آنها به دنبال دورترین و اولیه‌ترین کهکشان‌ها به عنوان بخشی از مطالعه‌ای به نام "سراب یا معجزه" (MoM) بودند.

تیم از JWST برای نگاه به فضا عمیق زمانی که جهان چند صد میلیون سال داشت استفاده کرد.

هدف آنها جستجوی کهکشان‌هایی بود که واقعاً در آن زمان‌های اولیه شکل گرفته‌اند.

ناید توضیح داد که معمای بسیاری از کهکشان‌های درخشان که در زمان‌های بسیار اولیه ظاهر می‌شوند وجود دارد.

یک کشف منحصر به فرد

در حین بررسی تصاویر JWST، آنها یک نقطه بسیار قرمز و بسیار درخشان را مشاهده کردند که از بقیه متمایز بود.

سیمکو توضیح داد که وقتی چیزی در جهان بسیار قرمز دیده می‌شود، معمولاً فرض می‌شود که در اطراف آن گرد و غبار وجود دارد.

این اثر با دود آتش‌سوزی‌های جنگلی کانادا مقایسه شد که باعث شد آسمان در بوستون به رنگ قرمز درخشان دیده شود.

اجسام نجومی می‌توانند از طریق یک پرده گرد و غبار بیشتر از رنگ ذاتی خود قرمز به نظر برسند.

با این حال، امضاهای دیگر در نور با آنچه فیزیکدانان از گرد و غبار انتظار دارند مطابقت نداشت.

شکاف عمیق بالمر

تیم یک الگوی عجیب دیگر را مشاهده کرد: نور نقطه به شدت درخشان بود، به جز در زیر طول موج‌های خاص.

نور در آن طول موج‌ها به طور کامل ناپدید می‌شد.

این افت طیفی به عنوان "شکاف بالمر" شناخته می‌شود.

به طور سنتی با گاز متراکم که فوتون‌ها را در جو ستاره‌هایی با چند صد میلیون سال جذب می‌کند، مرتبط است.

وگا، یکی از درخشان‌ترین ستاره‌های آسمان شب، دقیقاً این الگو را نشان می‌دهد.

ترکیب تقریباً خالص

شکاف مشاهده شده در این جسم عمیق‌ترین شکافی است که تاکنون در هر جسمی مشاهده شده است.

این موضوع ستاره‌های "معمولی" را به عنوان منبع رد می‌کند، به گفته نایدو.

الگو تیم را به این فکر انداخت که آیا آنها در حال مشاهده نوع جدیدی از "جو ستاره‌ای" در مقیاس چشمگیر هستند.

علاوه بر این، نور نقطه قرمز تقریباً هیچ امضایی از فلزات یا عناصر غیر از هیدروژن و هلیوم نداشت.

نایدو اظهار داشت که این جسم "در بسیاری از جنبه‌ها واقعاً منحصر به فرد است".

شبیه‌سازی‌ها برای رمزگشایی معما

برای درک منبع نقطه قرمز، تیم شبیه‌سازی‌هایی از سناریوهای مختلف انجام داد.

آنها به دنبال این بودند که چه ترکیبی از ویژگی‌های نجومی می‌تواند رنگ متمایز نقطه قرمز را تولید کند.

سیمکو پرسید که آیا می‌توان چیزی به این اندازه قرمز را فقط با استفاده از هیدروژن، بدون گرد و غبار، ایجاد کرد.

شگفتی این بود که بله، اگر یک صفحه بسیار متراکم از هیدروژن داشته باشید، می‌توان این کار را انجام داد.

این چگالی بیشتر شبیه به سطح یک ستاره بزرگ است تا یک سحابی بین‌ستاره‌ای ضعیف.

منبع انرژی غیرممکن

شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دادند که نقطه قرمز می‌تواند منبع انرژی قدرتمندی باشد که در یک پیله بسیار متراکم از هیدروژن محصور شده است.

این موضوع شکاف بالمر که نور را مسدود می‌کند و عدم وجود عناصر دیگر را توضیح می‌دهد.

با این حال، درخشش شدید جسم را توضیح نمی‌دهد.

نایدو اشاره کرد که چیزی وجود دارد که کمی شبیه یک ستاره است اما 100 میلیارد بار درخشان‌تر است.

این انرژی نمی‌تواند توسط همجوشی هسته‌ای تأمین شود، منبع انرژی در قلب تمام ستاره‌های شناخته شده.

سیاه‌چاله‌ها به عنوان پاسخ

از سوی دیگر، سیاه‌چاله‌ها به طور روتین انرژی را در مقیاس‌هایی تولید می‌کنند که تیم مشاهده کرد.

نایدو و همکارانش یک سیاه‌چاله فعال در حال انقباض را در شبیه‌سازی‌های ستاره با پیله هیدروژنی خود گنجاندند.

آنها جرم سیاه‌چاله را به همراه سایر پارامترها تغییر دادند.

سپس درخشش حاصل از "ستاره سیاه‌چاله" شبیه‌سازی شده را با درخشش مشاهده شده توسط JWST مقایسه کردند.

نزدیک‌ترین تطابق تیم را به این نتیجه رساند که محتمل‌ترین سناریو یک ستاره سیاه‌چاله است.

اولین جسم از نوع خود

این جسم احتمالاً دارای یک سیاه‌چاله مرکزی به اندازه تقریباً 100,000 برابر جرم خورشید است.

این هسته قدرتمند توسط یک پیله متراکم از هیدروژن احاطه شده است، مشابه یک ستاره، با اندازه‌ای قابل مقایسه با سیستم خورشیدی.

تیم این جسم را MoM-BH*-1 نامگذاری کرد، به احترام مطالعه‌ای که آن را شناسایی کرد.

لقب "ستاره سیاه‌چاله -- یک" به این معنی است که این اولین مورد از موارد دیگر است.

محققان مشکوک هستند که ستاره‌های سیاه‌چاله می‌توانند بسیاری از دیگر نقاط کوچک قرمز در تصاویر JWST را توضیح دهند.

معنی نقاط قرمز

هر نقطه کوچک قرمز با این فرض سازگار است که یک ستاره سیاه‌چاله‌ای در یک کهکشان اولیه عمومی قرار دارد، به گفته نایدو.

ویژگی خاص MoM-BH*-1 این است که ستاره سیاه‌چاله به طور اساسی درخشش بیشتری از کهکشان میزبان خود دارد.

این به این معنی است که ستاره‌شناسان "نور خالص ستاره‌ای از سیاه‌چاله" را مشاهده می‌کنند.

این کشف درک ما از اشیاء فشرده در جهان اولیه را متحول می‌کند.

این تحقیق توسط دپارتمان فیزیک MIT، ناسا و موسسه علوم تلسکوپ فضایی حمایت شده است.