داستان جذاب نقطه‌های سرخ مرموز در آغاز کیهان
خلاصه داستان
از همان نخستین داده‌هایی که تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در سال ۲۰۲۲ منتشر کرد، اخترشناسان با پدیده‌ای غریب روبه‌رو شدند: «نقطه‌های کوچک سرخ» در دل کیهانِ بسیار جوان. ابتدا تصور می‌شد این‌ها کهکشان‌های عظیمی باشند که خیلی زود و نابهنگام شکل گرفته‌اند و همین موضوع معادلات شکل‌گیری کهکشان‌ها را به چالش می‌کشید. اما پژوهش تازه‌ای که در نشریه Astronomy & Astrophysics منتشر شده، احتمال دیگری را پیش روی ما می‌گذارد: این نقاط شاید نه کهکشان، که نوعی جرم کیهانی کاملاً تازه باشند—«ستاره‌های سیاهچاله‌ای»، یعنی غول‌های گازی‌ای که در مرکز خود یک سیاهچاله‌ی پرجرم را پنهان کرده‌اند.
چرا این خبر مهم است؟
اگر فرضیه ستاره‌های سیاهچاله‌ای درست باشد، ما با قطعه‌ای تازه از پازل شکل‌گیری کیهان روبه‌رو هستیم. تاکنون کسی دقیقاً نمی‌دانست سیاهچاله‌های غول‌آسای مرکزی کهکشان‌ها از کجا آمده‌اند. آیا به‌تدریج از ادغام سیاهچاله‌های کوچک‌تر رشد کرده‌اند؟ یا از همان آغاز جهان به شکلی مستقیم و عظیم پدیدار شدند؟
پیشنهاد تازه می‌گوید شاید این «نقطه‌های سرخ» همان مرحله‌ی نوزادی سیاهچاله‌های کلان‌جرم باشند؛ اجرامی که با بلعیدن سریع گاز، پوسته‌ای پرنور اما سرد از هیدروژن پیرامون خود ساخته‌اند و این نور سرخ‌رنگ را به ما رسانده‌اند.
معمای نقطه‌های سرخ
جیمز وب با چشم مادون قرمز خود قادر است نور اجرامی را ببیند که در ۱۳ میلیارد سال پیش درخشیده‌اند. از همان آغاز کار، پژوهشگران متوجه اجسامی شدند که به‌طرزی غیرمنتظره پرجرم و پرنور بودند. اگر این‌ها کهکشان بودند، باید ستاره‌ها با چنان چگالی غیرممکنی در کنار هم فشرده می‌شدند که آسمان شب‌شان خیره‌کننده‌تر از هر تصور می‌بود. همین تناقض باعث شد گروهی از اخترشناسان به سرپرستی پژوهشگرانی از دانشگاه پنسیلوانیا، موسسه ماکس‌پلانک و همکاران‌شان در اروپا و آمریکا دنبال توضیحی دیگر بروند.
آن‌ها با بررسی طیف نوری یکی از نمونه‌های شاخص—جرمی که لقب «صخره» یا The Cliff گرفته بود—به این نتیجه رسیدند که داده‌ها با حضور یک ستاره‌ی عادی یا مجموعه‌ای از آن‌ها هم‌خوانی ندارد. در عوض، همه‌چیز نشان می‌داد که یک سیاهچاله‌ی مرکزی با سرعتی سرسام‌آور در حال مکیدن گاز و محصور شدن در لایه‌ای عظیم از هیدروژن است؛ لایه‌ای که به‌دلیل دمای پایین‌تر نسبت به گازهای برافزایشی معمول سیاهچاله‌ها، نورش عمدتاً در طول‌موج سرخ و فروسرخ ساطع می‌شود.
ستاره‌ی سیاهچاله‌ای یعنی چه؟
در اخترفیزیک، «ستاره سیاهچاله‌ای» مفهومی نظری بود که مدت‌ها پیش به‌عنوان یک امکان مطرح شد، اما تا امروز هیچ شاهد تجربی روشنی برای آن وجود نداشت. در این مدل، به جای آن‌که هسته جرم از طریق همجوشی هسته‌ای (مثل ستارگان عادی) انرژی آزاد کند، یک سیاهچاله‌ی پرجرم در مرکز قرار دارد. این سیاهچاله با مکیدن ماده، آن را به انرژی تبدیل می‌کند و این انرژی پوسته‌ی اطراف را روشن نگاه می‌دارد.
جذابیت این ایده در آن است که چنین اجرامی می‌توانند در زمانی کوتاه جرم‌های بسیار زیادی گرد آورند و بذر سیاهچاله‌های کلان‌جرمی شوند که امروزه در مرکز کهکشان‌ها می‌بینیم.
تفاوت نور این اجرام با ستارگان عادی
ستاره‌های کم‌جرم و سرد عالم معمولاً نور سرخ‌فام دارند و در مادون قرمز می‌درخشند، اما تشخیص آن‌ها دشوار است چون نورشان اغلب در برابر ستارگان پرجرم‌تر و درخشان‌تر محو می‌شود. اما «نقطه‌های سرخ» جیمز وب با وجود آن‌که نورشان سرخ بود، بسیار پرجرم‌تر و پرنورتر از آن بودند که با ستاره‌های معمولی توضیح داده شوند. تحلیل طیفی نشان داد که این نور از گازهای سرد هیدروژنی می‌آید که در اطراف سیاهچاله حبس شده‌اند.
داده‌ها از کجا آمدند؟
میان ژانویه و دسامبر ۲۰۲۴، این گروه با صرف نزدیک به ۶۰ ساعت زمان رصدی جیمز وب، طیف بیش از ۴۵۰۰ کهکشان دوردست را به دست آوردند. این یکی از بزرگ‌ترین مجموعه‌های داده طیفی جیمز وب تاکنون است. در میان آن‌ها، «صخره» با ویژگی‌های افراطی‌اش برجسته شد و پژوهشگران را ناچار کرد مدل‌های جدیدی بسازند. نوری که از آن به زمین رسید، حدود ۱۱/۹ میلیارد سال در راه بوده است.
چرا این اجرام سرخ و سردند؟
معمولاً گاز اطراف سیاهچاله‌ها بسیار داغ است و به میلیون‌ها درجه می‌رسد. اما در اینجا نور غالب از گاز سرد می‌آید. این موضوع یادآور جو ستارگان سرد است و همین باعث شده ظاهر این اجرام به ستاره‌های معمولی شبیه باشد، در حالی که موتور واقعی درون‌شان یک سیاهچاله است.
ارتباط با معمای سیاهچاله‌های کلان‌جرم
امروزه می‌دانیم در مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاهچاله‌ی کلان‌جرم وجود دارد. برخی از آن‌ها میلیاردها برابر خورشید جرم دارند. اما منشأ این هیولاها همچنان راز است. آیا از ادغام سیاهچاله‌های کوچک‌تر ساخته شده‌اند؟ یا یک‌باره در نخستین میلیارد سال کیهان شکل گرفته‌اند؟
اگر فرضیه ستاره‌های سیاهچاله‌ای درست باشد، ما با نخستین مرحله‌ی تولد این هیولاها روبه‌رو شده‌ایم: اجرامی که به‌سرعت جرم می‌اندوزند و در نهایت تبدیل به سیاهچاله‌های مرکزی کهکشان‌ها می‌شوند.
چالش‌ها و گام‌های بعدی
البته باید محتاط بود. این اجرام در فاصله‌ای بسیار دور قرار دارند و نورشان به‌سختی تحلیل می‌شود. داده‌های کنونی بهترین توضیح را به دست می‌دهند، اما نیاز به مشاهدات بیشتر و مدل‌سازی‌های دقیق‌تر داریم. پژوهشگران قصد دارند در آینده چگالی گاز و شدت تابش این ستاره‌های سیاهچاله‌ای را بررسی کنند تا ببینند آیا فرضیه با داده‌های بیشتر هم سازگار می‌ماند یا نه.
علم در حال حرکت
جوئل لجا، اخترفیزیک‌دان دانشگاه پنسیلوانیا و از نویسندگان مقاله، در مصاحبه‌ای گفت: «این بهترین ایده‌ای است که تاکنون داریم و تقریباً با همه داده‌ها جور درمی‌آید. اما ممکن است اشتباه باشد. جهان از آنچه ما تصور می‌کنیم عجیب‌تر است و تنها کاری که می‌توانیم بکنیم این است که سرنخ‌هایش را دنبال کنیم.»
این جمله به‌خوبی حال و هوای دانش امروز را نشان می‌دهد: در مرزهای ناشناخته، گاهی فرضیه‌های موقت بهترین نقشه‌ی راه‌اند تا داده‌های تازه‌تر برسند.
نقطه‌های سرخ مرموزی که جیمز وب در دل کیهان اولیه آشکار کرده، ممکن است بازتابی از وجود گونه‌ای تازه از اجرام کیهانی باشد: ستاره‌های سیاهچاله‌ای. اگر این تفسیر درست باشد، آن‌ها می‌توانند کلید حل معمای منشأ سیاهچاله‌های غول‌آسا باشند و تصویر ما از کیهان نخستین را دگرگون کنند.
از سوی دیگر، اگر بعدها فرضیه‌ی دیگری جایگزین شود، باز هم این داده‌ها به ما یادآوری می‌کنند که جهان سرشار از شگفتی است و ما تنها در آغاز راه شناخت آن هستیم.
