سیاه‌چاله‌ها از قدرتمندترین و اسرارآمیزترین اجرام در جهان هستند. نیروی گرانش آن‌ها آن‌قدر قوی است که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن‌ها بگریزد.
چالش درک سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم
دهه‌هاست که اخترشناسان در تلاشند تا بفهمند سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم چگونه در سال‌های اولیه جهان شکل گرفته و رشد کرده‌اند. اما این کار همیشه دشوار بوده است، زیرا ابرهای ضخیم گاز و غبار اغلب این مناطق را از دید پنهان می‌کنند.
اکنون، یک مطالعه پیشگامانه توانسته است نگاهی نادر به یکی از این مناطق پنهان ارائه دهد. تیمی بین‌المللی از دانشمندان، از جمله محققانی از دانشگاه ملی استرالیا (ANU)، سیگنال‌های رادیویی ناشی از گاز داغ اطراف یک سیاه‌چاله ابرپرجرم را شناسایی کرده‌اند.
سیاه‌چاله‌ای عظیم از ۱۲.۹ میلیارد سال پیش
این سیاه‌چاله ۱۲.۹ میلیارد سال پیش وجود داشته است، یعنی کمتر از یک میلیارد سال پس از مهبانگ. سیگنال‌های کشف‌شده، نزدیک‌ترین نمای موجود از گاز مولکولی داغ اطراف یک سیاه‌چاله از آن دوران باستانی را ارائه می‌دهند.
سیاه‌چاله‌ای عظیم، پنهان در دل غبار
سیاه‌چاله‌ای که در این مطالعه بررسی شده، یک جرم کیهانی کوچک نیست. جرم آن بیش از یک میلیارد برابر خورشید ماست. با این حال، به دلیل پوشیده شدن در غبار، تاکنون عمدتاً از دید پنهان مانده بود.
استفاده از تلسکوپ ALMA برای کشف سیاه‌چاله
برای غلبه بر این مشکل، دانشمندان از مشاهدات فوق‌العاده دقیق آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما (ALMA) استفاده کردند. این تلسکوپ که در شیلی مستقر است، امواج رادیویی در طول‌موج میلی‌متری را شناسایی می‌کند. این امواج می‌توانند از میان غبار عبور کنند و اجرامی را که با روش‌های دیگر نامرئی هستند، آشکار سازند.
این روش جدید، تجزیه‌و‌تحلیل جزئیات محیط اطراف سیاه‌چاله را با دقتی بی‌سابقه ممکن کرده است. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهند که احتمالاً تعداد زیادی از سیاه‌چاله‌های پنهان مشابه در مناطق غبارآلود کیهان وجود دارند.
چالش‌های مطالعه کوازارهای دوردست
سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم هنگام بلعیدن ماده، انرژی عظیمی آزاد می‌کنند. این فرآیند باعث شکل‌گیری کوازارها می‌شود که از درخشان‌ترین اجرام کیهانی هستند. با این حال، حتی این درخشش هم محدودیت دارد. مناطق درونی اطراف این کوازارها مشاهده‌پذیری بسیار دشواری دارند.
غبار و گاز موجود در این مناطق، نور را پراکنده و جذب می‌کنند و مطالعه مستقیم آن‌ها را غیرممکن می‌سازند. تا پیش از این، ابزارهای کمی برای نفوذ به این مه کیهانی در اختیار دانشمندان بود.
اکنون، با استفاده از امواج رادیویی، دانشمندان توانسته‌اند گازهایی را که تنها چند صد سال نوری از سیاه‌چاله فاصله دارند، بررسی کنند. این سطح از دقت، دیدگاهی جدید از نحوه تکامل و تعامل این اجرام غول‌پیکر با محیط اطرافشان ارائه می‌دهد.
امواج ضربه‌ای و تابش‌های شدید
یافته‌های این پژوهش همچنین نشان می‌دهند که انرژی سیاه‌چاله چگونه گازهای اطراف را تحت تأثیر قرار می‌دهد. دکتر تاکافومی تسوکوی از دانشگاه ملی استرالیا توضیح می‌دهد:
«ما کشف کردیم که تابش شدید پرتوهای ایکس که توسط مواد چرخان در اطراف سیاه‌چاله منتشر می‌شود، همراه با بادهای قوی و امواج ضربه‌ای، گازهای اطراف را به دماها و سطوح انرژی بسیار بالاتری نسبت به کهکشان‌های معمولی می‌رساند. در کهکشان‌های معمولی، منبع اصلی انرژی، تابش فرابنفش ستارگان است.»
این کشف نشان می‌دهد که محیط اطراف سیاه‌چاله‌ها به‌مراتب شدیدتر از کهکشان‌های ستاره‌ساز عادی است.
راهکار جدید برای کشف سیاه‌چاله‌ها
این سیاه‌چاله‌ها ممکن است چندان نادر نباشند، بلکه به دلیل غبارهای کیهانی دوران اولیه جهان، از دید ما پنهان مانده‌اند. این غبار، نور مرئی و فرابنفش را جذب کرده و باعث می‌شود که تلسکوپ‌های سنتی نتوانند این اجرام را شناسایی کنند.
اما امواج رادیویی، همانند آن‌هایی که توسط ALMA کشف شدند، می‌توانند بدون کاهش قدرت، از میان این موانع عبور کنند.
دکتر تسوکوی توضیح می‌دهد:
«این یافته‌ها به ما کمک می‌کنند که نحوه رشد سیاه‌چاله‌ها را از هسته‌های اولیه تا سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم امروزی درک کنیم. همچنین چالش‌های ناشی از غبار و گازهای مسدودکننده را بهتر بشناسیم.»
این بینش می‌تواند روش‌های جست‌وجوی سیاه‌چاله‌های باستانی را متحول کند. اخترشناسان دیگر صرفاً به نور مرئی متکی نخواهند بود، بلکه به‌طور فزاینده‌ای به امواج رادیویی روی خواهند آورد.
سرنخ‌هایی در گاز مولکولی
حساسیت ALMA به امواج میلی‌متری، آن را برای چنین مطالعاتی به ابزاری قدرتمند تبدیل کرده است. برخلاف سایر سیگنال‌ها، امواج رادیویی کمتر تحت تأثیر غبار قرار می‌گیرند و به دانشمندان اجازه می‌دهند تا مناطق پنهان را بررسی کنند.
این روش، شرایط پرانرژی اطراف سیاه‌چاله‌ها را نقشه‌برداری کرده و رفتار گازهای مولکولی تحت تابش و فشار شدید را آشکار می‌سازد.
تیم تحقیقاتی با تمرکز بر تابش ناشی از مولکول‌های مونوکسید کربن، موفق به درک بهتر دما و چگالی گازهای اطراف سیاه‌چاله شدند. این روش می‌تواند برای سایر کهکشان‌های دوردست نیز استفاده شود و راه را برای بررسی گسترده‌تر سیاه‌چاله‌های پنهان هموار سازد.
چند سیاه‌چاله هنوز پنهان هستند؟
این تحقیق تنها یک کشف را نشان نمی‌دهد، بلکه حاکی از وجود جمعیت عظیمی از سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم در جهان اولیه است.
با استفاده از روش‌های مشابه در سراسر آسمان، اخترشناسان می‌توانند این اجرام را پیدا کرده و بررسی کنند. هر کشف جدید ما را یک گام به درک نحوه شکل‌گیری کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌های نخستین نزدیک‌تر می‌کند.
این مطالعه نه‌تنها تصویری واضح‌تر از گذشته دور ارائه می‌دهد، بلکه ابزارهایی برای کاوش‌های عمیق‌تر در آینده به ما می‌دهد. با پیشرفت فناوری نجوم رادیویی، چشم‌انداز ما از کیهان باستانی نیز گسترده‌تر می‌شود. جهان ممکن است هنوز رازهای بسیاری را پنهان کرده باشد، اما اکنون ما راهی برای نفوذ از میان غبارهای کیهانی داریم.
این مطالعه در مجله Nature Astronomy منتشر شده است.
