نقاط قرمز مرموز کیهان، کهکشان نیستند

دانشمندان طی یک مطالعه جدید، نقاط قرمز مرموز در جهان اولیه را بذرهای ستاره‌های پرجرم معرفی کردند.

کد خبر: ۸۲۳۶۲۶

تاریخ: ۳۱ تير ۱۴۰۴ - ۱۲:۵۰

به گزارش ایران اکونومیست، هنگامی که «تلسکوپ فضایی جیمز وب»(JWST) مشاهدات علمی خود را در ژوئیه ۲۰۲۲( تیر ۱۴۰۱) آغاز کرد، پنجره کاملاً جدیدی به سوی کیهان گشود. این تلسکوپ بیش از هر تلسکوپ دیگری به گذشته نگاه کرد و چندین شگفتی را آشکار ساخت.

به نقل از ساینس‌آلرت، یکی از این شگفتی‌ها، «نقاط قرمز کوچک»(LRD) بود که اجرام باستانی و کم‌نوری هستند که این تلسکوپ قدرتمند آنها را تا حدود ۶۰۰ میلیون سال پس از «مه‌بانگ»(Big Bang) شناسایی کرد.

«جیمز وب» بیش از ۳۰۰ نقطه قرمز کوچک پیدا کرد و روشنایی آنها نشان‌دهنده جرم‌های ستاره‌ای عظیم بود. در حالی که تفکر اولیه حاکی از کهکشانی بودن آنها بود، اما همه موافق نبودند و همچنان سؤالات زیادی وجود داشت. تعداد زیاد از این نقاط در چنین زمان اولیه‌ای، با درک ما از کیهان اولیه در تضاد بود.

این تصویر از داده‌های فیلتر «جیمز وب» ایجاد شده و نشان می‌دهد، نقاط قرمز کوچک، کم‌نور هستند و مشاهده آنها چالش‌برانگیز است.

آنچه همه دانشمندان بر سر آن توافق دارند، این است که این اجرام برای درک رشد و تکامل کیهان به شکل امروزی آن، اساسی هستند. مطالعه اولیه نشان داد که این نقاط، «هسته‌های کهکشانی فعال»(AGN) با ابرسیاه‌چاله‌هایی در مرکزشان هستند. این می‌تواند رنگ قرمز متمایز آنها را توضیح دهد که احتمالاً ناشی از مقادیر عظیمی از گاز و غبار احاطه‌کننده اجرام به عنوان قرص‌های (دیسک‌) متراکم است.

این نقاط اما از جهات دیگر، شبیه به «هسته‌های کهکشانی فعال» نیستند. آنها هیچ پرتو ایکس قابل تشخیصی ساطع نمی‌کنند، در نور فروسرخ طیف مسطحی دارند و تغییرات بسیار کمی نشان می‌دهند.

این مطالعه جدید حاکی از آن است که «نقاط قرمز کوچک» در واقع کهکشان نیستند، بلکه نوعی ستاره فرضی موسوم به «ابرستاره‌»(SMS) هستند. اخترشناسان معتقدند که این «ابرستاره‌ها» مراحل میانی حیاتی در تشکیل بذرهای ابرسیاه‌چاله هستند. این ابرسیاه‌چاله‌ها فوران‌های «اختروش»(quasar) را که دانشمندان در جهان اولیه مشاهده کرده‌اند، تغذیه می‌کنند.

«اختروش»، یک هسته فعال به شدت نورانی و دوردست است که وابسته به یک کهکشان جوان است. آنها در رده اول اجرام «هسته کهکشانی فعال» قرار دارند.

این نمودار طیف‌های فروسرخ نقاط قرمز کوچک را با طیف یک هسته‌های کهکشانی فعال نشان می‌دهد. در حالی که انتظار می‌رود طیف هسته‌های کهکشانی فعال در طول موج‌های بلندتر، شکلی با شیب تند صعودی نشان دهد، نقاط قرمز کوچک مسطح هستند.

این مطالعه با عنوان «ابرستاره‌ها» با نشانه‌های طیفی «نقاط قرمز کوچک» در «جیمز وب» مطابقت دارند. این مطالعه همچنین توسط «دِوِش ناندال»(Devesh Nandal) از بخش اخترشناسی دانشگاه ویرجینیا و «آبراهام لوب»(Abraham Loeb) از «مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان»(Harvard and Smithsonian) انجام شده است. نویسندگان در مطالعه خود می‌نویسند: «جیمز وب» جمعیتی از منابع فشرده و اسرارآمیز را در «نقاط قرمز کوچک» رونمایی کرده است که ماهیت فیزیکی آنها همچنان موضوع بحث‌های بسیاری است. همچنین، مونتاژ سریع اولین ابرسیاه‌چاله‌ها نیازمند تشکیل بذرهای سنگین است که «ابرستاره‌ها» پیش‌سازان نظری پیشرو برای آنها هستند.

دانشمندان برای آزمون فرضیه‌ای مبنی بر اینکه آیا این نقاط در اصل «ابرستاره‌های» اولیه هستند یا خیر، اقدام کردند. گفته می‌شود «ابرستاره‌ها» جرمی حدود ۱۰۶ برابر جرم خورشید دارند. فرضیه اصلی این است که این ستاره‌ها فقط در جهان اولیه می‌توانستند تشکیل شوند و به عنوان ابرنواخترهای فروپاشی هسته‌ای منفجر شدند که سیاه‌چاله‌های اولیه را ایجاد کردند و به بذرهای ابرسیاه‌چاله‌ها تبدیل شدند. آنها می‌توانند توضیح دهند که چرا دانشمندان ابرسیاه‌چاله‌ها را در چنین زمان اولیه‌ای در کیهان، بسیار زودتر از آنچه طبق نظریه‌های فعلی باید وجود داشته باشند، پیدا می‌کنند.

نویسندگان می‌گویند: «نقاط قرمز کوچک» ممکن است نورکره «ابرستاره‌های» در حال تراکم را که در حدود ۱۰۳ سال پایانی قبل از فروپاشی گرفتار شده‌اند، نشان دهند. این طول عمر کوتاه با کمیاب بودن «نقاط قرمز کوچک» سازگار است و نشان می‌دهد که آنها یک مرحله زودگذر اما حیاتی در تشکیل کهکشان و سیاه‌چاله هستند.

دانشمندان مدل‌های جوی دقیقی را برای یک «ابرستاره» با ۱۰۶ برابر جرم خورشید و بدون فلز توسعه دادند. این ستاره‌ها، نباید حاوی هیچ فلزی باشند و مدل آنها توانست ویژگی‌های مشاهده شده «نقاط قرمز کوچک» را توضیح دهد.

«ابرستاره‌های» شبیه‌سازی شده با درخشندگی «نقاط قرمز کوچک» همراه ویژگی‌های طیفی نیز مطابقت داشت. نویسندگان درباره این مشاهدات توضیح می‌دهند: آزمون نهایی مدل ما، توانایی آن در بازتولید طیف‌های مشاهده شده «نقاط قرمز کوچک» است. آنها برای کار خود، بر دو نقطه موسوم به «MoM-BH*-1» و «The Cliff» تمرکز کردند.

این نمودار طیف «MoM-BH-1» و طیف‌های ابرستاره(سیاه) و ابرستاره شبیه‌سازی شده(قرمز) را نشان می‌دهد. یک خط‌چین عمودی سبز و خط‌چین قرمز همپوشانی دارند که نشان‌دهنده توافق برای انتشار برجسته پرتو بتا از نقاط قرمز کوچک است.

دو نویسنده این مطالعه می‌گویند: کار ما، اولین مطالعه اصول اولیه در مورد اینکه آیا «ابرستاره‌ها» می‌توانند به عنوان موتورهای مرکزی برای اجرام مرموز «نقاط قرمز کوچک» عمل کنند یا خیر، است. مدل «ابرستاره‌» ما تصویر فیزیکی فوق‌العاده ساده و خودسازگار برای «نقاط قرمز کوچک» ارائه می‌دهد.

در حالی که مدل‌های دیگر که نشان می‌دهند «نقاط قرمز کوچک» در گروه «هسته‌های کهکشانی فعال» هستند، به اجزای جداگانه برای انتشار، جذب و پیوستار نیاز دارند، مدل آنها یک منشأ واحد را ارائه می‌دهد. این امر، ما را با جستجوی توضیحات با کمترین تعداد عناصر ترغیب می‌کند و همسو است.

در حالی که یک مطالعه چیزی را به طور قطعی ثابت نمی‌کند، این مطالعه زمینه را برای پژوهش‌های عمیق‌تر فراهم می‌کند. پژوهشگران در نتیجه‌گیری خود می‌نویسند: کار آینده باید با هدف بنا نهادن بر اساس پایه‌ریزی انجام شده در اینجا باشد. مدل‌های گسترده‌تر می‌توانند بررسی کنند که آیا مسیرهای متفاوتی برای «ابرستاره‌» با جرم‌ها و خواص دیگر برای تشکیل جمعیت «نقاط قرمز کوچک» مشاهده شده وجود دارد یا خیر.

مشاهده «نقاط قرمز کوچک» بسیار دشوار است و ممکن است «جیمز وب» توانایی کاملی برای مشاهده آن نداشته باشد. در حالی که ممکن است روزی جانشین قدرتمندتری برای این تلسکوپ وجود داشته باشد، اکنون دانشمندان باید با آنچه در اختیار دارند، کار کنند. اگر ثابت شود که «نقاط قرمز کوچک» اصلاً کهکشان نیستند، بلکه «ابرستاره‌» هستند که پیش‌ساز ابرسیاه‌چاله‌های امروزی هستند، ما پاسخی به یکی از چالش‌برانگیزترین سؤالات در اخترشناسی خواهیم داشت.

دانشمندان به استدلال خود مبنی بر اینکه این نقاط در واقع «ابرستاره» هستند، ادامه می‌دهند، اما ممکن است تا آینده‌ای دور نتوانند آن را تأیید کنند.

این مطالعه در مجله arxiv چاپ شده است.