سیاه چاله ای ۱۰۰میلیون برابرخورشید

یک جرعه ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

تلسکوپ فضایی جیمز وب «نقطه قرمز بزرگی» را در جهان باستان رصد کرده است که به نظر می‌رسد یک سیاه‌چاله‌ای پرجرم و سیری‌ناپذیر به نام بِرد(BiRD) باشد.

به گزارش اسپیس، با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب، اخترشناسان یک سیاه‌چاله‌ فوق‌العاده پرجرم و حریص را کشف کرده‌اند که در دوره‌ای از تاریخ کیهان به نام ظهر کیهانی (Cosmic Noon) وجود داشته است. دوره‌ای که حدود چهار میلیارد سال پس از مه‌بانگ رخ داده است. این کشف می‌تواند به روشن‌تر شدن معمای چگونگی رشد سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر که جرمشان به میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر جرم خورشید می‌رسد، کمک کند.

این سیاه‌چاله بخشی از مجموعه اجرامی است که تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در کیهان آغازین شناسایی کرده است. اجرامی مرموز که به نام نقاط قرمز کوچک (Little Red Dots) شناخته می‌شوند؛ لکه‌های سرخ‌رنگی از نور که تنها به لطف چشم فروسرخ و بسیار قدرتمند این تلسکوپ ۱۰ میلیارد دلاری دیده شده‌اند.

اما با جرمی معادل ۱۰۰ میلیون برابر خورشید، در حقیقت هیچ چیز «کوچکی» در مورد این سیاه‌چاله وجود ندارد. گروه کشف‌کننده برای آن نامی نمادین برگزیدند: BiRD که مخفف عبارت Big Red Dot (نقطه قرمز بزرگ) است.

سیاه‌چاله‌ها خودشان هیچ نوری ساطع نمی‌کنند و در واقع هر نوری را که به آن‌ها بتابد، به دلیل نیروی گرانش عظیمشان به دام می‌اندازند. با این حال، زمانی که این غول‌های کیهانی در میان حجم عظیمی از ماده قرار دارند و از آن تغذیه می‌کنند، این مواد و نیز فواره‌های پرانرژی که از قطب‌های سیاه‌چاله بیرون می‌زنند، جرمی بسیار درخشان به نام اختروش (Quasar) پدید می‌آورند. این اجرام از فواصل بسیار دور قابل مشاهده‌اند؛ برای نمونه، نوری که از بِرد به زمین رسیده، ۱۰ میلیارد سال در راه بوده است.

بِرد در ناحیه‌ای از آسمان کشف شد که در نزدیکی یک اختروش شناخته‌شده به نام J۱۰۳۰ قرار دارد و خودش نیز یک سیاه‌چاله‌ فوق‌العاده پرجرم در فاصله‌ حدود ۱۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین است. این بخش از آسمان پیش‌تر نیز به‌خوبی مورد مطالعه‌ اخترشناسان قرار گرفته بود، از جمله گروهی پژوهشی از مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا (INAF). اما زمانی که آن‌ها به‌دقت تصاویر و طیف‌های به‌دست‌آمده از ابزار NIRCam تلسکوپ جیمز وب را بررسی کردند، منبع نوری غیرعادی‌ای را دیدند. نقطه‌ای درخشان در نور فروسرخ که پیش‌تر در داده‌های پرتو ایکس یا رادیویی دیده نشده بود.

فدریکا لوییچانو (Federica Loiacono)، سرپرست تیم و پژوهشگر می‌گوید: از تصاویر کالیبره‌شده، فهرستی از منابع موجود در میدان دید تهیه کردیم. همان‌جا بود که متوجه BiRD شدیم. جرمی درخشان و نقطه‌مانند که نه ستاره بود و نه در فهرست‌های قبلی اشعه ایکس یا رادیویی وجود داشت. طیف آن را تحلیل کردیم؛ آن چه که اطلاعاتی درباره ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های فیزیکی جرم به ما می‌دهد.
عنصرها نور را در طول‌موج‌های خاصی جذب یا منتشر می‌کنند، بنابراین هر عنصر اثر انگشت نوری خود را دارد که در طیف آن دیده می‌شود.

ما سیگنال‌های واضحی از هیدروژن یافتیم به‌ویژه خطی به نام پاشن گاما (Paschen gamma) که نشان‌دهنده‌ وجود هیدروژن یونیزه‌شده است و همچنین نشانه‌هایی از هلیوم که در حالت جذب دیده می‌شود.

لوییچانو می‌گوید: این جزئیات به ما امکان داد تا فاصله‌ BiRD را برآورد کنیم و دریافتیم که در مقایسه با بیشتر نقاط قرمز کوچک شناخته‌شده، نسبتا به ما نزدیک‌تر است. از تحلیل طیف این منبع همچنین توانستیم جرم سیاه‌چاله‌ مرکزی را تخمین بزنیم که حدود ۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است.

نقاط قرمز کوچک اجرامی بسیار فشرده با ویژگی‌های طیفی غیرمعمول‌ هستند. نظریه‌های گوناگونی درباره‌ ماهیت آن‌ها وجود دارد؛ از جمله فرضیه‌ای تازه که می‌گوید ممکن است نوعی جرم آسمانی جدید باشند که به آن‌ها ستارگان سیاه‌چاله‌ای (Black Hole Stars) گفته می‌شود.

اما یکی از نظریه‌های غالب این است که نقاط قرمز کوچک در واقع سیاه‌چاله‌های در حال تغذیه و رشد هستند. مشکل اینجاست که اگر واقعا چنین باشد، ناحیه‌ اطرافشان

باید تابش پرقدرتی در محدوده‌ پرتو ایکس منتشر کند، اما این موضوع در مورد نقاط قرمز کوچک از جمله BiRD مشاهده نمی‌شود.

یکی از توضیحات ممکن این است که این نقاط در واقع بذرهای اولیه‌ سیاه‌چاله‌های عظیم هستند که هنوز درون پوشش ضخیمی از گاز و غبار پنهان‌ هستند. این لایه‌ها تابش پرانرژی پرتو ایکس را جذب می‌کنند، اما اجازه می‌دهند نور فروسرخ با انرژی پایین‌تر عبور کند و به ما برسد.

با این حال، حتی در میان نقاط قرمز کوچک شناخته‌شده، BiRD موردی غیرعادی‌تر از بقیه است. لوییچانو توضیح می‌دهد: پیش از BiRD فقط دو نقطه قرمز کوچک دیگر با ویژگی‌های طیفی مشابه، از جمله خطوط هلیوم و پاشن گاما در همین فاصله‌ کیهانی شناخته شده بود. وقتی طیف BiRD را با آن دو مقایسه کردیم، شباهت‌های قوی‌ دیدیم. پهنای خطوط، جذب، جرم سیاه‌چاله و چگالی گاز تقریبا مشابه بودند. این موضوع باعث شد نتیجه بگیریم BiRD نیز به همان خانواده‌ نقاط قرمز کوچک تعلق دارد.

تا پیش از این تصور می‌شد این اجرام تا زمان «ظهر کیهانی» (حدود ۱۱ میلیارد سال پیش) رو به زوال رفته باشند، اما محاسبات این گروه نشان می‌دهد که این نقاط در آن زمان هنوز به‌وفور در کیهان وجود داشته‌اند.

چالش بعدی گسترش این پژوهش به تعداد بیشتری از نقاط قرمز کوچک نزدیک‌تر است تا بتوانیم جزئیات بیشتری از آن‌ها به دست آوریم و تصویری کامل‌تر بسازیم. تلسکوپ جیمز وب مرزهای تازه‌ای را در اخترفیزیک خارج‌کهکشانی گشوده و اجرامی را آشکار کرده که حتی تصورشان را هم نمی‌کردیم و ما تازه در آغاز این ماجراجویی هستیم.

 

تشخیص سرطان با دقت نانو

پروفسور محمد عبدالاحد، استاد مهندسی برق دانشگاه تهران، سامانه‌ای نانوالکترونیکی طراحی کرده که در ۳۰ ثانیه می‌تواند حین جراحی سرطان، وجود سلول‌های سرطانی را با دقت چند میلی‌متر تشخیص دهد.
پروفسور محمد عبدالاحد استاد مهندسی برق و از چهره‌های برجسته در تلفیق مهندسی و زیست‌پزشکی است. او مسیر علمی خود را با تمرکز بر فوتونیک آغاز کرد و سپس به مطالعه‌ی رفتار سلول‌های سرطانی پرداخت. تحلیل رفتار زیست‌الکتریکی سلول‌ها، او را به قلمرو بیوالکترونیک کشاند؛ جایی که پیوند میان دانش مهندسی برق و علوم زیستی را بنیان نهاد. هدف اصلی او در این مسیر، بهره‌گیری از سیگنال‌های الکترونیکی برای شناسایی تفاوت میان سلول‌های سالم و سرطانی بود.

نتیجه‌ی این پژوهش‌ها، ساخت سامانه‌هایی است که با تحلیل دقیق سیگنال‌ها، تشخیص زودهنگام سرطان را ممکن می‌سازد. او سپس آزمایشگاه هدایتی نانوبیوالکترونیک (HeadBot Nano-Bioelectronic Lab) را در دانشگاه تهران بنیان‌گذاری کرد تا مسیر تحقیقاتی خود را گسترش دهد. در این مرکز، متخصصان رشته‌های مختلف برای طراحی ابزار‌های نوین تشخیص بیماری و انجام آزمون‌های بالینی همکاری می‌کنند.

استاد مهندسی برق دانشگاه تهران، سامانه‌ای نانوالکترونیکی طراحی کرده که در ۳۰ ثانیه می‌تواند حین جراحی سرطان، وجود سلول‌های سرطانی را با دقت چند میلی‌متر تشخیص دهد. اختراعی که مسیر مهندسی برق را به قلب درمان پزشکی باز کرده است.
نتایج مطالعات این گروه در مجله‌ی Nature Communications منتشر شده و توجه جامعه‌ی علمی جهانی را به دستاورد‌های ایرانی جلب کرده است.

عبدالاحد معتقد است که علم باید به محصول تبدیل شود ؛ از همین رو طراحی صنعتی و توسعه‌ی نسخه‌های کاربردی فناوری‌های نانوالکترونیک ایرانی را نیز دنبال کرده است.

او دارنده‌ی بیش از بیست اختراع ثبت‌شده در آمریکا و مقالات متعدد در نشریات معتبر بین‌المللی است. تمرکز پژوهش‌های اخیر او بر ایجاد دوره‌ی مشترک “جراحی آنکولوژی الکتروتکنیکی” است؛ رویکردی نوین که تلفیقی از جراحی سرطان و مهندسی برق به‌شمار می‌رود.

 

مسیری نو برای حضور پایدار انسان در ماه

نیم قرن پس از آخرین گام انسان بر ماه، ناسا با برنامه آرتمیس به‌دنبال آغاز عصری تازه در حضور پایدار بشر در فضاست؛ مأموریتی که ماه را از نماد تاریخی به سکوی تمرین سفرهای میان‌سیاره‌ای تبدیل می‌کند.
مأموریت بزرگ آرتمیس ۳ که نخستین بازگشت انسان به سطح ماه پس از بیش از نیم قرن از مأموریت تاریخی آپولو ۱۷ (دسامبر ۱۹۷۲) خواهد بود، طبق برنامه رسمی ناسا برای اواسط سال ۲۰۲۷ تعیین شده است؛ اما بر پایه اسناد داخلی شرکت اسپیس‌ایکس که رسانه آمریکایی پولیتیکو به آن دست یافته، جدول زمانی این پروژه ممکن است تا سپتامبر ۲۰۲۸ به تعویق بیفتد.

در این مأموریت، شرکت اسپیس‌ایکس مسوول طراحی و ارائه فرودگر ماه (Lunar Lander) است؛ سامانه‌ای که بر پایه نسخه‌ای اصلاح‌شده از بالاترین بخش موشک Starship توسعه می‌یابد. استارشیپ که از سال ۲۰۲۳ تاکنون یازده پرواز آزمایشی را پشت سر گذاشته، هنوز به چند نقطه عطف حیاتی از جمله نخستین پرواز مداری کامل، موفقیت در فرایند سوخت‌گیری در مدار و انجام یک فرود آزمایشی بدون سرنشین بر ماه دست نیافته است. این موارد به عنوان پیش‌شرط صدور مجوز نهایی ناسا برای حمل فضانوردان به سطح ماه تعیین شده‌اند.

طبق گزارش پولیتیکو، اسپیس‌ایکس هنوز نسخه اصلاح‌شده از جدول زمانی خود را به ناسا ارائه نکرده و انتظار می‌رود در ماه آینده میلادی آن را به‌صورت رسمی اعلام کند. این در حالی است که سرپرست برنامه‌ای ناسا، در هفته‌های اخیر احتمال بازگشایی قرارداد فعلی با اسپیس‌ایکس را مطرح کرده تا گزینه‌های جایگزین برای فرودگر مأموریت آرتمیس ۳ بررسی شوند. او در اظهاراتی تصریح کرده بود: من هوادار اسپیس‌ایکس هستم، اما واقعاً آن ها عقب هستند. زمان‌بندی خود را به عقب رانده‌اند و ما در رقابتی مستقیم با چین قرار داریم.

کارشناسان صنعت فضایی آمریکا معتقدند فشارهای زمانی این پروژه ناشی از «رقابت فضاپیمایی چین و آمریکا» است؛ کشوری که در سال ۲۰۲۶ قصد دارد مأموریت سرنشین‌دار ماه را برای نخستین‌بار اجرایی کند. در همین زمینه، تأخیر در آماده‌سازی سامانه فرودگر، می‌تواند مأموریت ناسا را از هدف نمادین خود یعنی «فرود دوباره انسان در سال ۲۰۲۷» دور سازد.

در حال حاضر، هیچ تاریخی برای دوازدهمین پرواز آزمایشی استارشیپ تعیین نشده اما منابع فنی از احتمال انجام آن در نیمه نخست سال ۲۰۲۶ خبر داده‌اند. اسپیس‌ایکس همچنین در حال ساخت سکوی پرتاب جدید در مجموعه Starbase واقع در جنوب تگزاس است تا زمینه پرتاب نسل سوم استارشیپ را فراهم کند؛ نسلی که سامانه رانش قدرتمندتر، ساختار سبک‌تر آلیاژی و ظرفیت بار بیشتر خواهد داشت.

به گفته تحلیل‌گران، پس از تکمیل عملیاتی این سامانه، استارشیپ نه‌تنها به عنوان وسیله‌ای برای حمل فضانوردان و تجهیزات به ماه، بلکه به عنوان پایه‌ای برای مأموریت‌های انسانی به مریخ نیز در برنامه بلندمدت اسپیس‌ایکس تعریف شده است.

به‌رغم ابهام‌های فعلی در زمان‌بندی، مأموریت آرتمیس ۳ همچنان نماد جاه‌طلبی فضایی ایالات متحده محسوب می‌شود و اجرای موفق آن می‌تواند فصل تازه‌ای از حضور انسان در مسیر فراتر از مدار زمین را رقم زند.