تلسکوپ فضایی جیمز وب راز سیاه‌چاله‌های فوق‌پرجرم را کشف کرد

در سراسر جهان، نیروهایی نهفته وجود دارند که اغلب دیده نمی‌شوند، اما طراحی عظیم کیهان را رقم می‌زنند. به‌عنوان مثال، در قلب تقریباً هر کهکشان، یک سیاه‌چاله فوق‌پرجرم قرار دارد. این تنها یک خلأ کیهانی ساده نیست، بلکه یک موتور قدرتمند است.

این موتور تأثیر عمیقی بر محیط اطراف می‌گذارد. ما به چنین سیاه‌چاله‌هایی Low-Luminosity Active Galactic Nuclei یا LLAGN می‌گوییم. این موتورهای کهکشانی کاملا فعال‌اند، اما با سرعت بسیار پایین. با این حال، این موتورهای آرام، کل کهکشان‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند. چالش دانشمندان، رمزگشایی زبان فروسرخ منحصربه‌فردی که این هسته‌های کهکشانی به آن سخن می‌گویند.

برای شنیدن این نجواهای آرام کهکشانی، دانشمندان به ابزارهای مناسب نیاز دارند. تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) کاملاً مناسب این کار است. JWST در طیف فروسرخ می‌بیند؛ نوری با طول موجی بلندتر از آنچه چشم انسان قادر به دیدنش است. این موضوع اهمیت زیادی دارد. گاز و غبار اطراف یک سیاه‌چاله نور مرئی را مسدود می‌کنند، اما نور فروسرخ می‌تواند از میان آن‌ها عبور کند. وقتی گاز توسط سیاه‌چاله تحریک می‌شود، اتم‌های آن انرژی دریافت می‌کنند و سپس به حالت پایدار بلزگشته و نوری با رنگ‌های بسیار خاص منتشر می‌کنند؛ چیزی که به آن خطوط نشری می‌گوییم. این خطوط مانند اثر انگشت گاز عمل می‌کنند، و اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی، دما و حتی سرعت حرکت آن به ما می‌دهند.

زبان کیهانی LLAGN بینش‌های قابل‌توجهی درباره عملکرد این غول‌های آرام ارائه می‌دهد. مشاهدات JWST نشان می‌دهد که این سیاه‌چاله‌ها، حتی با توان کمتر، مواد را پرتاب و گاز را انرژی می‌دهند و بر تولد ستاره‌ها و تکامل کهکشان‌ها تأثیر می‌گذارند.

سیاه‌چاله همچنین فعالانه گاز و غبار کهکشان را هل می‌دهد و به هم می‌زند. این می‌تواند مناطقی را پاک‌سازی کند و مانع از شکل‌گیری ستاره‌های جدید شود یا گاهی گاز را فشرده کند و باعث فوران شکل‌گیری ستاره شود. این رقص پیچیده موتورهای آرام کهکشانی است که به‌طور منظم انجام می‌شود.

یکی از کشفیات برجسته این است که کهکشان‌های دارای LLAGN گاز هیدروژن مولکولی داغی دارند که دمای برانگیختگی آن‌ها به‌طور سیستماتیک بالاتر از سایر کهکشان‌هاست. این موضوع نشان می‌دهد که یک سیاه‌چاله می‌تواند محیط اطراف خود را به‌شدت گرم کند.

تیم پژوهشی همچنین «عرض کامل در نیمه بیشینه» یا FWHM این خطوط نشری را اندازه‌گیری کردند. FWHM به ما می‌گوید که قله نور چقدر گسترده است. یک قله گسترده‌تر نشان می‌دهد گاز با سرعت زیاد حرکت می‌کند یا دمای بسیار بالایی دارد. این اندازه‌گیری‌ها داده‌های حیاتی درباره حرکت‌های آشوبناک و شرایط گاز فراهم می‌کنند و نشان می‌دهند که فعالیت واقعی تا چه حد بالاست.

درک این معماران کیهانی به ما کمک می‌کند بفهمیم که کهکشان‌ها چگونه تکامل می‌یابند. به‌طور تاریخی، اخترشناسان فرض می‌کردند که سیاه‌چاله‌های فوق‌پرجرم در LLAGN عمدتاً غیرفعال هستند. اما این پژوهش نشان می‌دهد که حتی این موتورهای آرام نیز تأثیر عمیقی بر کهکشان‌های خود دارند. توانایی آن‌ها در پرتاب مواد، انرژی دادن به گاز و ایجاد هیدروژن مولکولی داغ، نشان می‌دهد که آن‌ها بازیگران فعال هستند. آن‌ها بر شکل‌گیری ستاره‌های جدید و حرکت گاز کهکشانی تأثیر می‌گذارند.

این تحقیق تنها یک بخش از پازل بزرگ‌تر است. پرسش‌های جدیدی درباره میزان شایع بودن هیدروژن مولکولی گرم ایجاد می‌کند و دانشمندان را وادار می‌سازد تا به اثرات ظریف دیگر این سیاه‌چاله‌های آرام بیندیشند. کیهان رازهای زیادی در خود دارد و دانشمندان با ابزارهایی مانند JWST به سرعت در حال یادگیری زبان‌های متعدد آن هستند. تلاش برای درک این معماران کیهانی همچنان ادامه دارد.