ستاره‌شناسان پس از کشف اولین جفت اختروش‌های سیاه‌چاله توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب، شگفت‌زده شدند.

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) قدیمی ترین جفت اختروش ابرسیاهچاله ای را که تا به حال دیده شده است، کشف کرده اند. فقط یک مشکل وجود دارد: آنها نباید وجود داشته باشند!

جفت اختروش فشرده که با کمک تلسکوپ جمینی شمالی مشاهده شد، J1602+4228AB نامگذاری شده و Nāpōwawāʻenakaulua نامگذاری شده است، که به معنای "دو جرم آسمانی تاریکی قدرتمند در درخشش گرما، انرژی را به کیهان تبدیل می کند." جفت اختروش فشرده مانند 900 میلیون سال پس از بیگ بنگ در زمانی دیده می شود که چنین سیاهچاله های کلان جرمی نباید فرصت رشد به چنین جرم عظیمی را داشته باشند.

Nāpōwawāʻenakaulua تنها قدیمی ترین و دورترین جفت اختروش نیست که تا به حال دیده شده است. تنها 18100 سال نوری یا تقریبا یک پنجم قطر کهکشان راه شیری، بین سیاهچاله های کلان پرجرم که جرم آنها 1.5 میلیارد و 400 میلیون برابر خورشید است، وجود دارد. این امر ناپوواواواناکاولوا را تبدیل به فشرده‌ترین جفت اختروش می‌کند که در دوره‌ای از تاریخ جهان به نام طلوع کیهانی، اندکی پس از تولد اولین ستارگان، کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها شناخته شده است. هیچ توضیح نظری قطعی وجود ندارد که چگونه یکی از این اختروش‌های غول‌پیکر در اوایل دوران قدیم وجود دارد.

سیلویا اونوراتو، رهبر تیم تحقیقاتی از NOIRLab در بیانیه‌ای گفت.

ما Nāpōwawāʻenakaulua را در زمانی مشاهده کردیم که جهان تنها یک سیزدهم عمر خود را داشت و به طرز شگفت انگیزی، سیاهچاله های عظیم آن به اندازه سیاهچاله های امروزی پرجرم هستند.

سیاهچاله های کلان جرم چگونه در سحر کیهانی تغذیه شدند؟

کوازارها زمانی اتفاق می‌افتند که سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم که در قلب کهکشان‌های بزرگ قرار دارند، توسط ابر مسطح شده‌ای از گاز و غبار چرخان به نام «دیسک برافزایش» احاطه می‌شوند که از آن ماده تغذیه یا «انباشته می‌شوند». گرانش بسیار زیاد سیاهچاله مرکزی باعث اصطکاک می شود، قرص برافزایش را گرم می کند و باعث درخشش آن می شود، اغلب درخشان تر از نور ترکیبی هر ستاره در کهکشان اطراف. ما آن درخشش را به صورت اختروش می بینیم.

یافتن چنین اجسامی در تاریخ کیهانی اخیر جهان 13.8 میلیارد ساله مشکل ساز نیست، اگرچه یافتن جفت های فشرده از آنها هنوز بسیار نادر است. چنین جفت هایی باید مشترک باشند زیرا ادغام کهکشان هایی که سیاهچاله های کلان جرم را گرد هم می آورد، مکرر است. این باید به فراوانی جفت اختروش با جدایی کمتر از اندازه معمولی یک کهکشان منجر شود.

سه دلیل وجود دارد که ثابت شده است این کار دشوار است. اولا، "فاز اختروش" یک سیاهچاله کلان جرم نسبتا کوتاه است. ثانیا، حتی جفت‌های اختروش نسبتا نزدیک نیز بسیار دور هستند، که باعث می‌شود آنها را ضعیف و با تلسکوپ‌های زمینی به سختی تشخیص دهیم. در نهایت، در چنین فواصل بزرگ و با چنین جدایی کوچک بین دو سیاهچاله ابرپرجرم، تک تک اعضای یک جفت اختروش به سختی قابل تشخیص هستند.

با این حال، ستاره شناسان جفت های اختروش را پیدا می کنند. گاهی اوقات در فواصل و زمان هایی که احتمالا ترجیح نمی دهند، زیرا همه چیزهایی را که در مورد رشد سیاهچاله می دانیم به چالش می کشد.

یک تصویر مشروح از Nāpōwawāʻenakaulua که جایگاه آن را در تاریخ کیهانی نشان می دهد. (اعتبار تصویر: رصدخانه بین المللی جمینی/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/M. Zamani) مشکل قبل از اینکه جهان 1 میلیارد سال باشد به وجود می آید. دلیل آن این است که، طبق مدل‌های فعلی، سیاهچاله‌ها باید حداقل ۱ میلیارد سال برای تغذیه و ادغام کافی برای رسیدن به جرم میلیون‌ها یا میلیاردها برابر خورشید نیاز داشته باشند.

با این حال، از زمانی که عملیات خود را در سال 2022 آغاز کرد، JWST به طور معمول سیاهچاله های بسیار پرجرم را کشف کرده است که اختروش ها را در اوایل 400 میلیون سال پس از انفجار بزرگ کشف می کند. اگر این به اندازه کافی گیج کننده نبود، کشف Nāpōwawāʻenakaulua، سومین جفت اختروش دیده شده در سحر کیهانی، واقعا می تواند مدل های فعلی را بشکند.

Nāpōwawāʻenakaulua در داده های بررسی اتر JWST که در حال انجام سرشماری از اجرام در کیهان اولیه است، کشف شد. این بررسی با استفاده از ابزار JWST NIRSpec (واحد میدان یکپارچه طیف‌نگار فروسرخ نزدیک)، 200 اختروش را کشف کرده است که کمتر از نیمی از تمام اختروش‌های شناخته‌شده کنونی جهان اولیه است. در حین مرور مجموعه داده Aether بود که تیم متوجه شد اختروش J1602+4228A تنها نیست، بلکه یک همراه دارد که اکنون J1602+4228B نامگذاری شده است.

حل این دو اختروش باید از روی زمین تقریبا غیرممکن می بود. اما این برای Gemini North به لطف زمان بندی عالی و شرایط آب و هوایی عالی بر فراز Maunakea، آتشفشان خاموش در جزیره هاوایی، جایی که تلسکوپ در آن قرار دارد، ممکن شد.

یک شاهکار علمی قطعی، Nāpōwawāʻenakaulua در حال حاضر یک راز باقی مانده است، اما در واقع می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از نحوه جمع شدن کهکشان ها در طول طلوع کیهانی، مرحله ای حیاتی در تکامل کیهان، داشته باشند.

اونوراتو گفت: «Nāpōwawāʻenakaulua یک محیط واقعا منحصر به فرد است. "این آزمایشگاهی برای ستاره شناسان است تا بررسی کنند که چگونه اولین کهکشان های پرجرم و سیاهچاله های مرکزی آنها از طریق برهم کنش مستقیم کهکشان ها در این زمان های اولیه با هم جمع شدند."

نتایج این تیم در روز سه شنبه (10 نوامبر) در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شد.