مشاهدات «جیمز وب» نشان می‌دهد که یک سیاه‌چاله با تغذیه سریع که به نظر می‌رسید قوانین فیزیک را به چالش می‌کشید، در واقع یک سیاه‌چاله عادی است.

به نقل از ال‌اس، ستاره‌شناسان در نوامبر ۲۰۲۴ با استفاده از «تلسکوپ جیمز وب» گزارش دادند که سیاه‌چاله‌ای از جهان اولیه پیدا کرده‌اند که به نظر می‌رسد ۴۰ برابر سریع‌تر از آنچه از نظر تئوری ممکن است، در حال بلعیدن اجرام است. این سیاه‌چاله «LID-۵۶۸» نام دارد و ۱/۵ میلیارد سال پس از «مه‌بانگ»(Big Bang) وجود داشته است.

با این حال، تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این سرعت بیش از حد برای تغذیه ممکن است یک تخمین اشتباه بوده باشد. پس از بررسی مجدد مشاهدات «جیمز وب» از این سیاه‌چاله، ستاره‌شناسان تأیید کردند که سرعت تغذیه آن زیاد نبوده و در واقع، گرد و غبار سنگین، این سیاه‌چاله را پوشانده و منجر به محاسبات نادرست شده است.

در یک سیاه‌چاله در حال برافزایش یا انباشتن اجرام، آنها در حال سقوط، فشرده و داغ می‌شوند و باعث می‌شوند تا سیاه‌چاله تابش‌های پرانرژی مانند پرتو ایکس از خود ساطع کند که اجرام را به بیرون می‌راند. مقدار جرمی که یک سیاه‌چاله می‌تواند ببلعد توسط «حد ادینگتون»(Eddington limit) تعیین می‌شود.

«حد ادینگتون» حداکثر درخشندگی یک ستاره را اندازه‌گیری می‌کند و در آن فشار تابش بیرونی، کشش گرانشی سیاه‌چاله را متعادل می‌کند. این حد با جرم سیاه‌چاله رابطه مستقیم دارد. هرچه جرم آن بیشتر باشد، «حد ادینگتون» نیز بیشتر است.

هنگامی که فشار تابش به اندازه‌ای زیاد می‌شود که بر گرانش غلبه کند، سیاه‌چاله از برافزایش دست می‌کشد. بنابراین میزان درخشش آن محدود می‌شود. با این حال، تحت شرایط خاص، یک سیاه‌چاله می‌تواند فراتر از این حد به برافزایش اجرام ادامه دهد. این فرآیندی موسوم به «برافزایش فوق ادینگتون»(super-Eddington accretion) است.

مشاهدات سال گذشته نشان داد که سیاه‌چاله «LID-۵۶۸» تقریباً ۴۰ برابر بیشتر از حد انتظار، در حال «برافزایش فوق ادینگتون» بوده است. در نتیجه، ستاره‌شناسان گمان کردند که چنین برافزایشی می‌تواند توضیح قانع‌کننده‌ای برای تشکیل ابرسیاه‌چاله‌ها با جرم‌های کلان در جهان اولیه ارائه دهد.

اما در پژوهش‌های جدید، ستاره‌شناسان دریافتند که این سیاه‌چاله با سرعتی مطابق با «حد ادینگتون» تغذیه می‌کند و اشتباه آنها ناشی از وجود گرد و غبار بوده است.

رها شده در غبار

دلیل محاسبه اشتباه اولیه در مورد گرسنگی این سیاه‌چاله، جذب و پراکنده کردن نور توسط غبار است. این مساله به طور قابل توجهی نوری را که از سیاه‌چاله به دید دانشمندان می‌رسد، کم می‌کند.

«میونگشین ایم»(Myungshin Im)، نویسنده این مطالعه و سرپرست مرکز تحقیقات نجوم دانشگاه ملی سئول، گفت: برای یک جرم به شدت غبارآلود مانند این سیاه‌چاله، بسیار مهم است که پدیده «خاموشی غبار»(dust extinction) اصلاح شود.

این اصطلاح در اخترشناسی برای توصیف جذب و پراکندگی تابش الکترومغناطیسی بوسیله غبار و گاز میان یک جرم آسمانی ساطع کننده و بیننده، استفاده می‌شود.

اگر این اثر به درستی در نظر گرفته نشود، می‌تواند منجر به محاسبات نادرست از جرم سیاه‌چاله شود که بر «حد ادینگتون» مرتبط با آن تأثیر می‌گذارد.

«ایم» توضیح داد که محققان در این مطالعه، جرم این سیاه‌چاله را با استفاده از نور فروسرخ از گاز اطراف آن اندازه‌گیری کردند. تابش نور فروسرخ بسیار کمتر از نور مرئی برای اندازه‌گیری جرم سیاه‌چاله، تحت تأثیر غبار قرار می‌گیرد.

این رویکرد متفاوت به آنها اجازه داد تا جرم سیاه‌چاله را کمتر از یک میلیارد جرم خورشیدی محاسبه کنند. با استفاده از جرم اصلاح‌شده این سیاه‌چاله، «حد ادینگتون» دوباره محاسبه شد. در نهایت، درخشندگی مشاهده‌شده با «حد ادینگتون» مطابقت زیادی داشت.

بنابراین، این تیم نتیجه گرفت که سیاه‌چاله هنگام مشاهده توسط غبار پوشانده شده بوده است.

به گفته «ایم»، عادات تغذیه‌ فعلی سیاه‌چاله «LID-۵۶۸» را نمی‌توان به رشد ابرسیاه‌چاله‌ها نسبت داد. ستاره‌شناسان در ارتباط با کهکشان‌های دوردست از این موضوع آگاه بوده‌اند و معمولاً در اندازه‌گیری‌های خود اصلاحاتی را برای «خاموشی غبار» اعمال می‌کنند.

«ایم» خاطرنشان کرد: با این حال، برای «هسته‌های کهکشانی فعال» (AGN) اصلاح «خاموشی غبار» هنوز به طور کامل اعمال نشده است. این اجرام حاوی سیاه‌چاله‌های فعال تغذیه‌کننده‌ای در مراکز خود هستند که بر روشنایی آنها تسلط دارند و توسط محیط‌های غبار احاطه شده‌اند.

این بدان معناست که جرم سایر سیاه‌چاله‌ها ممکن است به طور نادرست اندازه‌گیری شده و منجر به تفسیر نادرست از خواص آنها شده باشد.

این تیم در مقاله خود توضیح داد که رویکرد آنها می‌تواند به درک بهتر سیاه‌چاله‌های پنهان‌شده در غبار در دسته جدیدی از کهکشان‌ها با نام «نقاط سرخ کوچک»(little red dots) منجر شود که به تازگی از طریق مشاهدات «جیمز وب» کشف شده‌اند.

این مطالعه در مجله The Astrophysical منتشر شده است.