روزگار تاریک کیهان چگونه به سر آمد؟

* نور چگونه توانست حدود ۵۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ، خود را از ظلمات "روزگار تاریک" کیهان نجات دهد و به بیرون بتابد؟

پژوهشی که به تازگی انجام شده شاید بتواند آگاهی‌هایی درباره‌ی این پرسش که یکی از دیرپاترین رازهای کیهانست به ما بدهد، و شگفت این که، قهرمان این داستان شاید همان تبه‌کاران اخترفیزیکی محبوب همه باشند: سیاهچاله‌ها.

داستان از کسری از ثانیه پس از مهبانگ آغاز می‌شود، زمانی که کیهان به طور "نمایی" گسترده شد [پندام یا تورم]. پس از آن، به سوپی از ذرات بنیادی تبدیل شد که به نسبت سریع، در عرض حدود ۴۰۰ هزار سال سرد شد و گازی چگال از هیدروژن پدید آورد. در اینجا چیزی آغاز شد که به نام روزگار تاریک کیهان شناخته می‌شود، و در آن، کیهان غرق در تاریکی بود.

برداشت هنری از یک ابرسیاهچاله با قرصی از مواد پیرامونش که مارپیچ‌وار به درون آن فروکشیده می‌شوند. توپ روشن بنفش بالای سیاهچاله (ساختاری به نام تاج)، در بر دارنده‌ی ذراتی بسیار پرانرژی است که پرتوهای ایکس می‌گسیلند. تاج پس از گزدآوری مواد و درخشان‌تر شدن، به بیرون از این محیط پرتاب می‌شود [احتمالا همان درخشش پرتو ایکسی که دیده شده].

همه‌ی ستارگان و کهکشان‌هایی که در آن زمان پدید می‌آمدند، نورشان تقریبا بی‌درنگ توسط محیط چگال هیدروژن خنثای پیرامون درآشامیده (جذب) می‌شد. ولی سپس، چیزی باعث شد محیط میان این کهکشان‌ها از محیطی سرد و خنثا به محیطی گرم و یونیده تغییر یابد.

بر پایه‌ی نظریه‌ی کیهان‌شناسان، پرتوهای فرابنفش پرانرژی که به اندازه‌ی کافی از ستارگان و کهکشان‌های آغازین تابیده شد توانست هیدروژن چگال را داغ کرده و با آغاز روزگار باز-یونش، کیهان را به جای پرشکوه و سرشار از نوری که امروزه می‌بینیم تبدیل کند. [در این زمینه بخوانید: * ساخته شدن جهان کمی بیش از ۶ روز طول کشید]

این که چنین چیزی چگونه رخ داد را هنوز به خوبی نمی‌دانیم، چنان چه نظریه‌های دیگر می‌گویند پرتوهای فرابنفش ستارگان و کهکشان‌های روزگار تاریک به اندازه‌ی کافی نیرو نداشتند که به درون گاز هیدروژن خنثا نفوذ کنند.

ولی پژوهش تازه‌ای که به کمک مشاهدات رصدخانه‌ی پرتو X چاندرا انجام شده، و نتایجش در ماهنامه‌ی انجمن سلطنتی اخترشناسی انتشار یافته شاید بتواند سرنخی به ما بدهد.

اگرچه سیاهچاله‌ها به بلعیدن نور و مواد پیرامونشان شناخته شده‌اند، ولی برخی از آنها فواره‌هایی نیرومند از ذراتی با پرتوی X پرانرژی به فضا می‌افشانند.

فیلیپ کاره، نویسنده‌ی اصلی پژوهش از دانشگاه آیووا می‌گوید: «مواد با کشیده شدن به درون سیاهچاله آغاز به چرخش می‌کنند و چرخش سریعشان درصدی از آنها را به بیرون می‌‌راند. بادهایی که در این فرآیند تولید می‌شود می‌توانند راه گریزی برای پرتوهای فرابنفش [در محیط پیرامون] باز کنند. این شاید همان چیزی باشد که با کهکشان‌های آغازین رخ داد.»

کاره و گروهش داده‌هایی که تلسکوپ چاندرا از کهکشانی به نام "تول ۱۲۴۷-۲۳۲" در فاصله‌ی ۶۰۰ میلیون سال نوری زمین گرد آورده بود را بررسی کردند. این یکی از تنها ۳ کهکشان نزدیک است که گریز پرتوهای فرابنفش از آنها دیده شده. در ماه می ۲۰۱۶، چاندرا یک چشمه‌ی پرتو ایکس را در تول ۱۲۴۷-۲۳۲ دید که روشنی‌اش افزایش یافت و کم شد. کاره و گروهش تعیین کردند که این چشمه نمی‌تواند یک ستاره باشد.

کاره می‌گوید: «درخشش ستارگان تغییری نمی‌کند. خورشید ما نمونه‌ی خوبی برای اینست. یک جرم برای تغییر درخشش باید کوچک باشد و با این شرط، آن جرم تنها یک سیاهچاله می‌تواند باشد.»

به نظر می‌رسد فواره‌هایی از مواد پرتو ایکس که از سیاهچاله بیرون می‌زند حفره‌هایی را محیط گازی نزدیکش درست کرده و به پرتوهای فرابنفش اجازه‌ی گریز داده‌اند.

کاره می‌گوید: «امکانش هست که این سیاهچاله دارد بادهایی پدید می‌آورد که به گریز پرتوهای یونَنده‌ی (یونیده کننده‌ی) ستارگان کمک می‌کند. بنابراین در همان روزگار آغازین هم شاید سیاهچاله‌ها بودند که به یونش و شفاف شدن کیهان کمک کردند.»

وی این فرآیند را با یک اسکیت‌باز نمایشی مقایسه کرد که دارد با دست‌های باز و کشیده دور خود می‌چرخد. با نزدیک کردن دست‌ها به بدن، سرعتش هم بیشتر می‌شود. کارکرد سیاهچاله‌ها هم دارای چنین الگویی است. هر چه مواد در اثر گرانش به سوی سیاهچاله کشیده می‌شوند، سیاهچاله هم با سرعت بیشتری می‌چرخد. با افزایش کشش گرانشی سیاهچاله، سرعت هم انرژی پدید می‌آورد.

به گفته‌ی این دانشمندان، مانند تول ۱۲۴۷-۲۳۲، فواره‌ی پرتو ایکسیِ سیاهچاله‌های آغازین هم گرما و انرژی کافی برای کنار زدن گاز و غبار پیرامون را فراهم کرده و گریزگاهی برای "بیرون زدن" پرتوی فرابنفش ساخته بودند.

کاره می‌گوید بسیاری از ستارگان آغازین کیهانِ بزرگ و پرجرم بودند.

وی می‌افزاید: «این ستارگان به سرعت پیر می‌شوند و سرانجام سیاهچاله می‌سازند. مواد پیرامون سیاهچاله‌ها بسیار داغ است (میلیون‌ها درجه‌ی کلوین) و پرتوهای X می‌گسیلد. پرتوی فرابنفش در این داستان از ستارگان داغ گسیلیده می‌شود و دمایی میان ده‌ها تا صدها هزار درجه‌ی کلوین دارد.»

اگرچه سازوکار سیاهچاله‌ها می‌تواند پاسخگوی این راز باشد، ولی این دانشمندان می‌خواهند این ک سیاهچاله باید از چه گونه‌ای باشد را هم شناسایی کنند. همچنین آنها می‌گویند هنوز هم می‌توان احتما‌ل‌های دیگری برای توضیح مشاهداتشان ارایه کنند.

آنها در پژوهشنامه‌شان نوشتند: «ریشه‌ی احتمالی دیگر برای پرتو ایکس این کهکشان می‌تواند یک "چشمه‌ی پرتو ایکس ابَرتابان" (ULXها) و یا یک "چشمه‌ی پرتو ایکس فراتابان" (HLXها) باشد. گفته می‌شود یوای‌ایکس‌ها دوتایی‌های پرتو ایکسی هستند که از سیاهچاله‌های ستاره‌وار، یا دو ستاره‌ی نوترونی تشکیل شده‌اند. اچ‌ال‌ایکس‌ها هم گویا "برافزاینده‌های فراتر از حد ادینگتون" [لحتمالا اختروش]، یا سیاهچاله‌های میان‌جرم هستند.»

این دانشمندان می‌گویند تصویربرداری‌های پی در پی پرتو ایکس از تول ۱۲۴۷-۲۳۲ با چاندرا می‌تواند روشن کند که آیا این تابش پرتو ایکس از یک چشمه می‌آید یا چند چشمه. همچنین آنها دیدبانی یک کهکشان همسان دیگر با نام هارو ۱۱ را هم آغاز کرده‌اند، و از آنجا که «تنها دو جرم برای گرفتن یک نتیجه‌ی خوب و کارآمد کافی نیست»، امیدوارند یتوانند کهکشان‌های بیشتری که با فواره‌های موادشان حفره‌هایی بزرگ در گاز پیرامونشان درست کرده‌اند را نیز رصد کنند.

--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

dark ages - Big Bang - black hole - fundamental particle - hydrogen - star - galaxy - neutral hydrogen - ionized - fundamental particle - dark ages - ultraviolet - re-ionization - Chandra X-ray Observatory - Monthly Notices of the Royal Astronomical Society - UV - X-ray - Philip Kaaret - University of Iowa - Tol 1247-232 - Earth - figure skater - ULX - HLX - binary - neutron star - super-Eddington accretor - quasar - intermediate mass black hole - Haro 11 - supermassive black hole - corona

منبع: Space.com

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان