تلسکوپ جیمز وب یک «شوک» کشف کرد!

پیش از این دانشمندان این نظریه را مطرح کرده بودند که انرژی گرمایش این غبار از خود ابرسیاه‌چاله ناشی می‌شود و این یک کشف غیرمنتظره است.

خانه کهکشانی این ابرسیاه‌چاله خاص یک کهکشان فعال موسوم به ESO 428-G14 است که در فاصله ۷۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد.

اصطلاح «کهکشان فعال» به این معنی است که ESO 428-G14 دارای یک منطقه مرکزی یا «هسته کهکشانی فعال»(AGN) است که نور قدرتمند و شدیدی را در سراسر طیف الکترومغناطیسی ساطع می‌کند که به دلیل وجود یک ابرسیاه‌چاله است که حریصانه در حال هجوم به ماده اطراف آن است.

یک هسته کهکشانی فعال ناحیه‌ای متمرکز در مرکز کهکشان‌ها است که معمولاً در تمام ناحیه‌های طیف الکترومغناطیسی از بقیه کهکشان درخشان‌تر است. کهکشانی که دارای هسته کهکشانی فعال باشد را «کهکشان فعال» می‌نامند.

تصور می‌شود علت این پدیده برافزایش سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز کهکشان میزبان باشد. هسته‌های کهکشانی فعال پرنورترین اجرام در عالم هستند و بررسی آنها می‌تواند هم به کشف اجرام دور و هم به تصحیح یا دستیابی به مدل‌های کیهان‌شناختی کمک کند.

سیاه‌چاله(Blackhole) ناحیه‌ای در فضا-زمان با گرانشی بسیار نیرومند است که هیچ چیز حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مانند نور نمی‌توانند از میدان گرانش قدرتمند آن بگریزند. نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین بیان می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده است، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاه‌چاله شود. مرز این ناحیه از فضا-زمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را «افق رویداد» می‌نامند. صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که تمام نوری را که از افق رویداد آن می‌گذرد به دام می‌اندازد.

این یافته‌ها توسط اعضای پروژه‌ای موسوم به GATOS بدست آمده که از مشاهدات اختصاصی جیمز وب برای مطالعه قلب کهکشان‌های نزدیک استفاده می‌کند.

دیوید روزاریو عضو تیم GATOS و مدرس ارشد دانشگاه نیوکاسل در بیانیه‌ای گفت: بحث‌های زیادی در مورد چگونگی انتقال انرژی هسته کهکشانی فعال به محیط اطراف خود وجود دارد. ما انتظار نداشتیم ببینیم که این جت‌های رادیویی چنینی آسیبی را موجب می‌شوند.

کشف رازهای یک سیاه‌چاله پر سر و صدا

تصور می‌شود که همه کهکشان‌های بزرگ دارای سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم مرکزی هستند که جرم‌هایی از میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید ما دارند، اما همه این سیاه‌چاله‌ها در هسته‌های کهکشانی فعال قرار ندارند.

برای مثال، کهکشان راه شیری را در نظر بگیرید. ابرسیاه‌چاله کمان ای*(Sagittarius A*) یا Sgr A* در قلب کهکشان ما توسط مواد کمی احاطه شده است که مصرف ماده آن به قدری کم است که معادل رژیم غذایی یک انسان با مصرف یک دانه برنج در هر میلیون سال است. این باعث می‌شود ابرسیاه‌چاله کمان ای* که جرمی برابر با ۴.۳ میلیون خورشید دارد، یک ابرسیاه‌چاله آرام باشد، اما مطمئناً همسایه‌های پر سر و صدایی دارد.

ابرسیاه‌چاله واقع در قلب کهکشان مسیه ۸۷(M۸۷) را در نظر بگیرید که در فاصله ۵۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارد. این ابرسیاه‌چاله با جرمی برابر با ۶.۵ میلیارد خورشید نه تنها بسیار پرجرم‌تر از کمان ای* است، بلکه توسط مقدار زیادی گاز و غبار نیز احاطه شده است که از آنها تغذیه می‌کند.

ماده نمی‌تواند مستقیماً به *M87 سرازیر شود، زیرا حرکت زاویه‌ای دارد. این بدان معناست که یک ابر مسطح چرخان از گاز و غبار به نام « قرص برافزایشی» را در اطراف ابرسیاه‌چاله تشکیل می‌دهد که به تدریج از آن تغذیه می‌کند.

ابرسیاه‌چاله‌ها فقط در قرص‌های برافزایشی نمی‌نشینند تا مانند یک نوزاد کیهانی روی گهواره تغذیه شوند. تأثیر گرانشی عظیم این ابرساختارهای کیهانی، نیروهای کشندی عظیمی را در قرص برافزایشی ایجاد می‌کند که شرایطی را ایجاد می‌کند که آن را تا دمای ۱۸ میلیون درجه فارنهایت(۱۰ میلیون درجه سانتی‌گراد) گرم می‌کند.

این باعث می‌شود که قرص برافزایشی به شدت بدرخشد و بخشی از روشنایی هسته کهکشانی فعال را تامین کند.

اما این همه‌ی ماجرا نیست. مانند یک کودک نوپای بداخلاق که نمی‌شود تمام غذا را در دهانش گذاشت، یک ابرسیاه‌چاله نیز تماما این مواد را نمی‌بلعد. میدان‌های مغناطیسی قدرتمند بخشی از مواد موجود در قرص‌های برافزایشی را به قطب‌های سیاه‌چاله هدایت می‌کنند و این ذرات باردار را تا نزدیک به سرعت نور شتاب می‌دهند.

سپس این ماده از دو قطب سیاه‌چاله به صورت فواره‌ها یا جت‌های اخترفیزیکی موازی به بیرون فوران می‌کند. این جت‌ها همچنین با انتشار نور در سراسر طیف الکترومغناطیسی به ویژه در امواج رادیویی قدرتمند همراه هستند.

در نتیجه‌ی این مشارکت‌ها، هسته‌های کهکشانی فعال می‌توانند آنقدر درخشان باشند که از نور ترکیبی هر ستاره‌ای در کهکشان اطرافشان بیشتر بتابند.

گرد و غباری که هسته‌های کهکشانی فعال را احاطه کرده است، اغلب می‌تواند با جذب نور مرئی و سایر طول موج‌های تابش الکترومغناطیسی، دید ما از قلب آنها را مسدود کند. با این حال نور فروسرخ می‌تواند به این غبار تصویر دهد. بنابراین جیمز وب که متخصص رصد فروسرخی است به راحتی می‌تواند آنها را در طیف فروسرخ ببیند. این بدان معناست که این تلسکوپ فضایی قدرتمند ابزاری عالی برای نگاه کردن به مرکز هسته‌های کهکشانی فعال است.

هنگامی که تیم GATOS این کار را بر روی ESO 428-G14 انجام داد، متوجه شدند که غبار نزدیک ابرسیاه‌چاله در امتداد آن پخش می‌شود. این یک رابطه غیرمنتظره بین جت‌ها و گرد و غبار را آشکار کرد و نشان داد که این جریان‌های خروجی قدرتمند می‌توانند مسئول گرم کردن و شکل دادن به گرد و غبار باشند.

مطالعه بیشتر ارتباط بین جت‌ها و غبار اطراف ابرسیاه‌چاله‌ها می‌تواند تأثیر این ابرساختارهای کیهانی را بر شکل‌دهی کهکشان‌هایشان و نحوه بازیافت مواد در هسته‌های کهکشانی فعال آشکار کند.

هدی حیدر دانشجوی دکترا در دانشکده ریاضیات، آمار و فیزیک دانشگاه نیوکاسل می‌گوید: فرصت کار با داده‌های انحصاری جیمز وب و دسترسی به این تصاویر خیره‌کننده قبل از هر کس دیگری بسیار هیجان‌انگیز است. من احساس می‌کنم بسیار خوش شانس هستم که بخشی از تیم GATOS هستم. همکاری نزدیک با کارشناسان برجسته در این زمینه واقعاً یک امتیاز است.

تحقیقات این تیم در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است.