1 سپتامبر 2023 -توسط دانشگاه اهیمه -یک سیاهچاله بسیار پرجرم SMBH؛ نقطه سیاه کوچک در مرکز، مواد اطراف را جذب می کند، که با جریان یافتن به داخل یک شکل قرص مارپیچی شکل می دهد. انرژی گرانشی مواد به تشعشع تبدیل شده و از دیسک ساطع می شود. SMBH ها با چنین حاشیه های درخشانی “کوازار” نامیده می شوند. اعتبار: Yoshiki Matsuoka، دانشگاه Ehime
سیاهچاله‌های کلان پرجرم (SMBHs) – سیاهچاله‌هایی با جرم بیش از یک میلیون برابر خورشید – امروزه در جهان وجود دارند. با این حال، هنوز مشخص نیست که آنها چه زمانی، کجا و چگونه در طول 13.8 میلیارد سال تاریخ کیهانی شکل گرفتند.
مشاهدات در چند دهه گذشته نشان داده است که هر کهکشانی دارای یک SMBH در مرکز است و جرم سیاهچاله تقریباً همیشه یک هزارم جرم کهکشان میزبان است. این رابطه نزدیک نشان می دهد که کهکشان ها و SMBH ها با هم تکامل یافته اند. بنابراین فاش کردن منشا SMBH ها نه تنها برای درک خود SMBH ها، بلکه برای روشن کردن فرآیندهای شکل گیری کهکشان ها، اجزای اصلی کیهان مرئی، حیاتی است.
کلید پرداختن به این موضوع در جهان اولیه نهفته است، جایی که زمان سپری شده از انفجار بزرگ (یعنی آغاز جهان) کمتر از یک میلیارد سال بوده است. به لطف سرعت محدود نور، می توانیم با مشاهده جهان دور به گذشته نگاه کنیم. آیا زمانی که کیهان تنها یک میلیارد سال یا کمتر از آن عمر داشت SMBH ها وجود داشتند؟ آیا ممکن است یک سیاهچاله در مدت زمان کوتاهی به چنین جرم بزرگی (از یک میلیون جرم خورشیدی و گاهی اوقات به میلیاردها جرم خورشیدی برسد) دست یابد؟ اگر چنین است، مکانیسم‌ها و شرایط فیزیکی اساسی چیست؟
برای اینکه به منشا SMBH ها بپردازیم، باید آنها را مشاهده کنیم و ویژگی های آنها را با پیش بینی های مدل های نظری مقایسه کنیم. و برای انجام این کار، ابتدا باید مکان آنها را در آسمان پیدا کنیم.
ما برای مطالعه حاضر از تلسکوپ سوبارو در بالای Maunakea، هاوایی استفاده کردیم. یکی از بزرگترین مزیت های سوبارو قابلیت مشاهده میدان وسیع آن است که به ویژه برای هدف ما مناسب است. از آنجایی که SMBH ها نور ساطع نمی کنند، ما به دنبال یک کلاس خاص به نام “اختروش” – SMBH ها با حاشیه های درخشان که در آن مواد در حال سقوط انرژی گرانشی را آزاد می کنند، گشتیم.
ما منطقه وسیعی از آسمان را مشاهده کردیم که معادل 5000 برابر ماه کامل بود و با موفقیت 162 اختروش ساکن در کیهان اولیه را کشف کردیم. به طور خاص، 22 مورد از آنها در دورانی زندگی می کردند که کیهان کمتر از 800 میلیون سال سن داشت – کهن ترین دوره ای که در آن اختروش ها تا به امروز شناخته شده اند.
تعداد زیادی از اختروش‌هایی که کشف کردیم به ما این امکان را داده است که بنیادی‌ترین معیار به نام «تابع درخشندگی» را تعیین کنیم، که چگالی فضایی اختروش‌ها را تابعی از انرژی تشعشع توصیف می‌کند. ما دریافتیم که اختروش ها در جهان اولیه بسیار سریع در حال شکل گیری بودند، در حالی که شکل کلی تابع درخشندگی (به جز دامنه) در طول زمان بدون تغییر باقی ماند.
این رفتار مشخصه تابع درخشندگی، محدودیت‌های قوی بر روی مدل‌های نظری ایجاد می‌کند، که در نهایت می‌تواند همه موارد مشاهده‌شده را بازتولید کند و منشأ SMBHs را توصیف کند. مطالعه ما در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.
از سوی دیگر، شناخته شده بود که جهان در مراحل اولیه خود یک انتقال فاز اصلی به نام “یونیزاسیون مجدد کیهانی” را تجربه کرده است. مشاهدات گذشته نشان می دهد که کل فضای بین کهکشانی در این رویداد یونیزه شده است. منبع انرژی یونیزاسیون هنوز مورد بحث است و تابش اختروش ها به عنوان یک نامزد امیدوارکننده در نظر گرفته می شود.
با ادغام تابع درخشندگی فوق، متوجه شدیم که اختروش ها 1028 فوتون در ثانیه در واحد حجم 1 سال نوری از یک طرف در کیهان اولیه ساطع می کنند. این کمتر از 1 درصد از فوتون های مورد نیاز برای حفظ حالت یونیزه فضای بین کهکشانی در آن زمان است، و بنابراین نشان می دهد که اختروش ها تنها سهم کمی در یونیزاسیون کیهانی داشته اند. منابع انرژی دیگری به شدت مورد نیاز است، که، طبق مشاهدات اخیر دیگر، ممکن است تابش یکپارچه از ستارگان داغ پرجرم در شکل گیری کهکشان ها باشد.
