گروهی از ستاره‌شناسان آزمایشگاه «NOIRLab» زیر نظر «بنیاد ملی علوم آمریکا»(NSF) با استفاده از داده‌های «تلسکوپ فضایی جیمز وب» و «رصدخانه پرتو ایکس چاندرا»، یک سیاهچاله‌ کلان‌جرم را در مرکز یک کهکشان ۱.۵ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ کشف کرده‌اند که سرعت آن در مصرف مواد مورد نیاز، بیش از ۴۰ برابر حد تعیین‌شده است. اگرچه این سیاه‌چاله عمر کوتاهی داشته است اما می‌تواند به ستاره‌شناسان کمک کند تا توضیح دهند که چگونه سیاهچاله‌های کلان‌جرم در اوایل کیهان به سرعت رشد کردند.

به نقل از ساینس دیلی، سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم در مرکز بیشتر کهکشان‌ها وجود دارند و تلسکوپ‌های جدید همچنان به رصد آنها در دوران اولیه‌ تکامل کیهان ادامه می‌دهند. درک این که سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم چگونه توانسته‌اند به این سرعت بزرگ شوند، دشوار است اما با کشف یک سیاه‌چاله کلان‌جرم که با سرعت بسیار بالا به جذب مواد مورد نیاز خود می‌پردازد، ستاره‌شناسان اکنون اطلاعات ارزشمند جدیدی را درباره مکانیسم‌های متعلق به سیاه‌چاله‌هایی دارند که در کیهان اولیه به سرعت رشد کرده‌اند.

این سیاه‌چاله موسوم به «LID-568» توسط یک گروه بین‌سازمانی متشکل از ستاره‌شناسان به سرپرستی «هیوون سو»(Hyewon Suh) ستاره‌شناس بین‌المللی NOIRLab کشف شد. آنها از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای مشاهده نمونه‌ای از کهکشان‌های دیده‌شده با رصدخانه پرتو ایکس چاندرا استفاده کردند. این جمعیت از کهکشان‌ها در طیف پرتو ایکس بسیار درخشان هستند اما در طیف فروسرخ نزدیک نامرئی می‌شوند. حساسیت فروسرخ منحصربه‌فرد تلسکوپ فضایی جیمز وب به آن کمک می‌کند تا این انتشارات ضعیف را تشخیص دهد.

سیاه‌چاله LID-568 به دلیل تابش پرتو ایکس شدید خود برجسته بود اما ستاره‌شناسان نمی‌توانستند موقعیت دقیق آن را تنها از روی مشاهدات پرتو ایکس تعیین کنند و این موضوع، نگرانی‌هایی را درباره مرکزیت مناسب هدف در میدان دید جیمز وب ایجاد کرد. بنابراین سو و گروهش به جای استفاده از طیف‌سنجی سنتی پیشنهاد کردند که از طیف‌نگار نصب‌شده روی «طیف‌نگار فروسرخ نزدیک»(NIRSpec) جیمز وب استفاده شود. این طیف‌نگار می‌تواند طیفی را برای هر پیکسل در میدان دید به دست بیاورد، نه این که به یک بخش باریک محدود شود.

«امانوئل فارینا»(Emanuele Farina) از پژوهشگران این پروژه گفت: به دلیل ماهیت ضعیف LID-568، تشخیص آن بدون جیمز وب غیر ممکن خواهد بود. استفاده از طیف‌نگار NIRSpec برای به دست آوردن مشاهدات ما نوآورانه و ضروری بود.

طیف‌نگار NIRSpec به گروه امکان داد تا دید کاملی را از هدف خود و منطقه اطراف آن داشته باشند که به کشف غیرمنتظره جریان‌های قوی گاز در اطراف سیاه‌چاله مرکزی برسند. سرعت و اندازه این جریان‌ها باعث شد گروه استنباط کنند که بخش قابل ‌توجهی از رشد جرم LID-568 ممکن است در یک قسمت از روند برافزایش سریع آن رخ داده باشد. سو گفت: این نتیجه بی‌نظیر، یک بعد جدید را به درک ما افزود و روزنه‌های هیجان‌انگیزی را برای بررسی باز کرد.

سو و گروهش دریافتند که به نظر می‌رسد LID-568 با سرعت ۴۰ برابر «حد ادینگتون»(Eddington limit) از ماده تغذیه می‌کند. این اندازه مربوط به حداکثر درخشندگی است که یک سیاه‌چاله می‌تواند به آن دست یابد و همچنین سرعتی که می‌تواند ماده را جذب کند. وقتی درخشندگی LID-568 بسیار بالاتر از اندازه ممکن حد ادینگتون محاسبه شد، گروه پژوهشی دریافتند که نکته قابل توجهی را در داده‌های خود دارند.

«جولیا شارواختر»(Julia Scharwächter) از پژوهشگران این پروژه گفت: با توجه به این کشف جدید، شاید مکانیسم تغذیه سریع بالاتر از حد ادینگتون بتواند توضیح دهد که چرا ما این سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم را در اوایل عمر کیهان می‌بینیم.

این نتایج، اطلاعات جدیدی را درباره تشکیل سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم از سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر ارائه می‌دهد. این درحالی است که نظریه‌های کنونی نشان می‌دهند سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم یا از مرگ اولین ستاره‌های کیهان یا از فروپاشی مستقیم ابرهای گازی به وجود آمده‌اند.

این نظریه‌ها تاکنون فاقد تایید مشاهداتی بودند. سو گفت: کشف یک سیاه‌چاله با برافزایش بیش از حد ادینگتون نشان می‌دهد که بخش قابل توجهی از رشد جرم آن می‌تواند طی یک دوره تغذیه سریع رخ دهد؛ صرف نظر از این که سیاه‌چاله از یک دانه سبک یا سنگین منشا گرفته باشد.

همچنین، کشف LID-568 نشان داد که یک سیاه‌چاله ممکن است از حد ادینگتون خود فراتر برود و اولین فرصت را برای ستاره‌شناسان فراهم کرد تا چگونگی وقوع این اتفاق را بررسی کنند. این امکان وجود دارد که جریان خروجی قوی مشاهده‌شده در LID-568 ممکن است به عنوان یک دریچه رهاسازی عمل کند و جلوی ناپایداری بیش از حد را بگیرد. این گروه پژوهشی برای بررسی بیشتر مکانیسم‌های موجود، در حال برنامه‌ریزی مشاهدات بعدی با تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند.

این پژوهش در مجله «Nature Astronomy» به چاپ رسید.