سه سیاهچاله ابرزوده در یک کهکشان دوردست و بنابراین بسیار قدیمی، نگاهی به چگونگی ادغام و رشد سیاهچالهها در جهان آغازین ارائه میدهند.
نور کهکشان J0148-4214 برای بیش از ۱۲.۵ میلیارد سال به سمت زمین در حرکت بوده است و این سیستم را بهگونهای نشان میدهد که تنها حدود ۱.۲ میلیارد سال پس از بیگ بنگ بوده است. در درون آن کهکشان باستانی، یک تیم بینالمللی به رهبری موسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک سه سیاهچاله ابرزوده را در حال بلعیدن مواد شناسایی کرده است که هر یک ماده را از یک دیسک برافزایشی اطراف به سمت خود میکشند.
در چنین فاصله عظیمی، انبساط جهان نور کهکشان را به سمت طولموجهای بلندتر میکشد. این باعث ایجاد یک انتقال به سرخ (redshift) برابر با z=5.02 میشود که اخترشناسان از آن برای تعیین فاصله J0148-4214 و عمق زمانی کیهانی که مشاهده میکنند استفاده کردند.
«این اولین شواهد از سه سیاهچاله فعال در یک کهکشان در جهان دوردست است»، هانا اوبلر، رهبر گروه تحقیقاتی در MPE و نویسنده اصلی مطالعه، میگوید. دو تا از سیاهچالهها نزدیک مرکز کهکشان قرار دارند و تنها ۶۲۰ سال نوری در تصویر از هم جدا هستند، در حالی که سومی حدود ۵۵۰۰ سال نوری از مرکز فاصله دارد. «این نشان میدهد که فرآیندهای جهان آغازین در نزدیک کردن سیاهچالههای عظیم به یکدیگر کارآمد بوده و زمینه را برای ادغامهای عظیم سیاهچالهای که انتظار داریم با رصدخانههای آینده امواج گرانشی شناسایی کنیم، فراهم کرده است»، اوبلر میگوید.
مشاهدات زیربنای نظریههای تکامل کهکشانها نشان میدهد که در تاریخ اولیه کیهان، کهکشانها اغلب به یکدیگر نزدیک میشدند و ادغام میشدند. سپس سیاهچالههای مرکزی آنها نیز میتوانستند ادغام شوند و سیاهچالههای پرجرمتری در کهکشانهای حاصل ایجاد کنند.
اثر انگشت هیدروژن سه سیاهچاله فعال را آشکار میکند
اخترشناسان سیاهچالهها را از طریق امضاهای طیفی مشخصی که توسط اتمهای هیدروژن در حال حرکت با سرعتهای بسیار بالا در محدوده گرانشی آنها تولید میشود، ردیابی کردند. طیف از ناحیه مرکزی کهکشان الگوی پیچیدهای را نشان داد که به بهترین شکل با دو سیاهچاله مجاور توضیح داده شد.
از آنجا که جفت سیاهچالهها به عنوان منابع نقطهای جداگانه قابل تفکیک نبودند، محققان از طیفسنجی نجومی (spectro-astrometry) استفاده کردند که تغییرات مکانی کوچک در خطوط انتشار در یک کهکشان را اندازهگیری میکند تا موقعیت آنها را تعیین کنند. یک سیاهچاله فعال سوم از مشاهدات ناحیه بیرونی کهکشان پدیدار شد.
تخمینهای جرم حاصل تقریباً ۸۰ میلیون، ۰.۶ میلیون و ۲ میلیون برابر جرم خورشید بود. با وجود اینکه پرجرمترین است، سیاهچاله با جرم ۸۰ میلیون خورشیدی نسبت به همسایه نزدیک خود با جرم ۰.۶ میلیون خورشیدی، با سرعت کمتری تغذیه میکند. آن سیاهچاله کوچکتر بهسرعت در حال بلعیدن مواد است که از حداکثر نرخ پیشبینیشده توسط مدلهای پایه رشد سیاهچاله (حد ادینگتون) فراتر میرود.
«دادههای JWST به ما این امکان را داد که نه تنها سه سیاهچاله را شناسایی کنیم، بلکه جرم، نرخ برافزایش و جرم ستارهای کهکشان را نیز تخمین بزنیم»، دکتر جووانی مازولاری، نویسنده دوم مطالعه و محقق در MPE، میگوید. «ما جرم کل ستارهای حدود ۱.۳ میلیارد خورشید را مییابیم و سیاهچالهها بخش قابل توجهی از آن را نشان میدهند.»
ادغام آینده میتواند رشد سیاهچاله را تسریع کند
انتظار میرود دو سیاهچاله مرکزی در چند صد میلیون سال آینده ادغام شوند و به طور بالقوه مسیر دیگری برای رشد سریع سیاهچالههای عظیم در جهان جوان فراهم کنند. «این نتایج بسیار هیجانانگیز است»، روبرتو مایولینو، استاد دانشگاه کمبریج و یکی از نویسندگان مطالعه، اضافه میکند. «آنها نشان میدهند که ادغام سیاهچاله ممکن است یک مسیر اضافی و سریع برای رشد سریع آنها در جهان آغازین باشد.»
سیاهچاله سوم، که دور از مرکز کهکشان قرار دارد، چندین تاریخچه ممکن دارد. این میتواند باقیمانده از یک ادغام قبلی باشد و توسط یک ضربه بازگشتی گرانشی از مرکز جابجا شده باشد، یا ممکن است در حال حرکت به سمت داخل باشد.
مشاهدات همچنین نشان میدهد که چرا طیفسنجی با تفکیک فضایی برای یافتن سیاهچالههای فعال متعدد در کهکشانهای دوردست ارزشمند است. بدون اطلاعات فضایی دقیق ارائهشده توسط طیفسنجی میدان انتگرال NIRSpec-IFS، اخترشناسان احتمالاً تنها یکی از سه سیاهچاله را شناسایی میکردند.
مرجع: «BlackTHUNDER: شواهدی از سه سیاهچاله عظیم در کهکشان z ~ 5» نوشته هانا اوبلر، جووانی مازولاری، روبرتو مایولینو، فرانچسکو دوجنیو، نازنین داوری، ایگناس یودژبالیس، میشل پرنا، جوریت ماتی، رافائلا اشنایدر، روزا والیانت، سانتیاگو آریباس، النا برتولا، اندرو جی. بانکر، ولکر بروم، استفانو کارنیانی، استفان شارلو، جووانی کرشی، میرکو کورتی، ریچارد دیویس، فرانک آیزنهاور، اندرو فابیان، ناتاشا م. فورستر شرایبر، راینهارد گنزل، کوهی اینایوشی، لوسی آر. آیوی، گرت سی. جونز، بویوان لیو، دیتر لوتز، دایچی کاشینو، رواری مکنزی، النور پارلانتی، برانت رابرتسون، برونو رودریگز دل پینو، تی. تارو شیمیزو، دبورا سیاکی، اکهارد استورم، ساندرو تاکلا، لیندا تاکونی، جولیا توزی، الساندرو ترینکا، جاکومو ونچوری، مارتا ولونتری، کریس ویلوت و سایانگ ژانگ، ۱۲ اوت ۲۰۲۶، Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202557419