سیاهچاله‌ها در کیهان چگونه تشکیل می‌شوند؟

(روزنامه دن تری) - سیاهچاله‌ها "غول‌هایی" با جرم‌هایی میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید ما هستند. آنها چنان نیروهای گرانشی قوی تولید می‌کنند که حتی نور هم نمی‌تواند از آنها فرار کند.

شبیه‌سازی یک سیاه‌چاله کلان‌جرم (تصویر نمایشی: ادوبی).

در مرکز اکثر کهکشان‌ها یک غول کیهانی نهفته است: یک سیاه‌چاله ابرپرجرم. این اجرام مرموز، با جرم‌هایی میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید ما، چنان کشش گرانشی قدرتمندی اعمال می‌کنند که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند.

سیاه‌چاله‌ها آنقدر عظیم هستند که کهکشان‌های اطراف خود را شکل می‌دهند. آن‌ها بر تشکیل ستاره‌ها، تکامل کهکشان‌ها و حتی حرکت کل خوشه‌های ستاره‌ای تأثیر می‌گذارند.

کهکشان راه شیری ما نیز از این قاعده مستثنی نیست. در مرکز آن، کمان ای*، یک سیاه‌چاله ابرپرجرم با وزن چهار میلیون برابر جرم خورشید، قرار دارد. در حالی که این سیاه‌چاله‌ها برای وجود کهکشان‌ها بسیار مهم هستند، ما هنوز به طور قطع نمی‌دانیم که چگونه شکل می‌گیرند.

با این حال، یک مطالعه جدید روی مدل Pop III.1، به رهبری جاناتان تان، اخترفیزیکدان نظری در دانشگاه ویرجینیا، با دیدگاهی تازه به این مسئله‌ی گیج‌کننده پرداخته است.

پروفسور تان با تکیه بر دهه‌ها تحقیق، زمینه را برای نظریه جدیدی فراهم کرد که می‌تواند چگونگی شکل‌گیری این اجرام آسمانی غول‌پیکر را توضیح دهد.

بر اساس تحقیقات او و همکارانش، فروپاشی ستارگان نسل اول، که به عنوان ستارگان اولیه نیز شناخته می‌شوند، ممکن است منجر به تشکیل سیاهچاله‌های فوق‌سنگین شده باشد.

مدل پاپ III.1

ستارگانی که از هیدروژن و هلیوم اولیه تشکیل شده‌اند، ستارگان پاپ III نامیده می‌شوند (تصویر: فضا).

در کیهان اولیه، مدت‌ها پیش از پیدایش کهکشان‌ها و سیارات، اولین نسل از ستارگان متولد شدند. این ستارگان از هیدروژن و هلیوم اولیه تشکیل شدند و اخترفیزیکدانان آنها را ستارگان پاپ III نامیدند.

مدل Pop III.1 که توسط پروفسور جاناتان تان توسعه داده شده است، ستارگانی را توصیف می‌کند که در محیط‌هایی تشکیل شده‌اند که تحت تأثیر عناصر سنگین‌تر قرار نگرفته‌اند. بدون کربن، اکسیژن یا فلزات سنگین برای تنظیم خنک‌کنندگی، این ستارگان اولیه می‌توانستند به جرم‌های بسیار بزرگی برسند.

ستارگانی را تصور کنید که جرمشان صدها برابر خورشید ماست. اندازه عظیم آنها به این معنی است که طول عمر کوتاهی دارند و به سرعت فرو می‌ریزند و اولین سیاهچاله‌ها را تشکیل می‌دهند.

این سیاهچاله‌های اولیه، بقایای ستارگان پاپ III، به عنوان بذرهایی برای رشد سیاهچاله‌های ابرپرجرم عمل می‌کنند. در نهایت، آنها بزرگتر می‌شوند و به سیاهچاله‌های ابرپرجرمی تبدیل می‌شوند که اکنون انسان‌ها در مراکز کهکشان‌ها مشاهده می‌کنند. دانشمندان حتی یک سیاهچاله ابرپرجرم کشف کرده‌اند که ۳۶ میلیارد برابر خورشید جرم دارد.

ستارگان پاپ III.1 همچنین نقش حیاتی در شکل‌گیری جهان اولیه ایفا کردند. تابش شدید آنها گاز هیدروژن اطراف را یونیزه کرد و فرآیند باز یونیزه شدن کیهانی را آغاز نمود.

این یک مرحله حیاتی است، زمانی که جهان ساختار و تعادل انرژی خود را تغییر می‌دهد. نتیجه، انفجار ناگهانی نور کیهانی است که در نجوم به عنوان "درخشش رعد و برق" شناخته می‌شود.

تأثیر دوگانه ستارگان پاپ III.1، آنها را در درک آغاز ساختار جهان بسیار مهم می‌کند.

چالش‌ها و جایگزین‌ها

مدل پاپ III.1 هنوز هم یک نظریه علمی پذیرفته شده محسوب می‌شود (تصویر: فضا).

نظریه پاپ III.1 علاوه بر توضیح منشأ سیاهچاله‌های کلان‌جرم، به چندین مسئله عمده حل‌نشده در کیهان‌شناسی نیز می‌پردازد.

این مسائل شامل «تنش هابل»، بحث در مورد انرژی تاریک و ناهنجاری‌های مربوط به جرم نوترینو می‌شود.

مدل پروفسور تان با پیوند دادن اولین ستارگان و بقایای سیاهچاله‌های آنها به تکامل در مقیاس بزرگ کیهان، دیدگاهی منحصر به فرد ارائه می‌دهد که می‌تواند به روشن شدن بسیاری از اسرار کمک کند.

با این حال، سناریوی پاپ III.1 تنها ایده نیست. چندین نظریه دیگر نشان می‌دهند که سیاهچاله‌های اولیه مستقیماً از نوسانات چگالی در چند ثانیه اول پس از بیگ بنگ تشکیل شده‌اند.

این سیاهچاله‌ها می‌توانند محل پرورش سیاهچاله‌های فوق‌سنگین باشند. رویکرد دیگر به فروپاشی مستقیم ابرهای گازی غول‌پیکری اشاره دارد که ستاره‌ای تشکیل نداده‌اند.

هر نظریه مکانیسم متفاوتی را پیشنهاد می‌کند که هدف همه آنها توضیح اسرار جهان است.

پیش‌بینی‌های مدل پاپ III.1 در مورد یونیزاسیون کیهانی اولیه نیز با چالش‌های متعددی روبرو است. محدودیت‌های مشاهده‌ای ناشی از تابش زمینه کیهانی، به ویژه اثر جنبشی سونیائف-زلدوویچ، نشان می‌دهد که تطبیق مقدار و زمان یونیزاسیون مجدد ممکن است دشوار باشد.

با این وجود، مدل پاپ III.1 هنوز هم یک نظریه قانع‌کننده در نظر گرفته می‌شود و همچنان به بحث در مورد چگونگی شکل‌گیری یکی از اولین ساختارهای جهان دامن می‌زند.

منبع: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/ho-den-trong-vu-tru-hinh-thanh-nhu-the-nao-20250923030226135.htm