هل جاءت الثقوب السوداء الضخمة أم المجرات أولاً؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة مفاجئة

“ما الذي جاء أولاً، المجرة أم ثقبها الأسود الوحشي؟”

ومن الناحية الفنية، فهو لغز أقدم من اللغز المتعلق بالدجاجة أو البيضة – على الرغم من أننا لم ندركه إلا مؤخرًا نسبيًا. ووفقاً لبحث جديد، قد يكون لدى العلماء أخيراً إجابة.

يُعتقد منذ فترة طويلة أن الثقوب السوداء الهائلة التي كانت موجودة بالقرب من فجر التاريخ قد شكلت المجرات المحيطة بها، مما أدى إلى تسريع معدلات تكوين النجوم في المجرات وبالتالي التأثير على تطور الكون بأكمله. لكن الآن، تشير إعادة تحليل البيانات الواردة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) إلى أن هذه الثقوب السوداء يمكن أن تكون موجودة خلال الخمسين مليون سنة الأولى من كوننا البالغ من العمر 13.8 مليار سنة، مما أدى إلى تكوين النجوم في مثل هذه السن المبكرة.

يمكن أن تتحدى النتائج فكرة أن الثقوب السوداء تتشكل فقط بعد ظهرت النجوم والمجرات الأولى.

متعلق ب: هل يوجد ثقب أسود عالق داخل الشمس؟ لا، ولكن هذا هو سبب تساؤل العلماء

وقال جوزيف: “نعلم أن هذه الثقوب السوداء الضخمة موجودة في مراكز المجرات القريبة من مجرتنا درب التبانة، لكن المفاجأة الكبرى الآن هي أنها كانت موجودة في بداية الكون أيضًا وكانت تقريبًا بمثابة لبنات بناء أو بذور للمجرات المبكرة”. وقال سيلك، قائد الفريق والأستاذ بجامعة جونز هوبكنز، في بيان. “لقد عززوا كل شيء حقًا، مثل مكبرات الصوت العملاقة لتكوين النجوم، وهو تحول كامل لما اعتقدنا أنه ممكن من قبل – لدرجة أن هذا يمكن أن يهز فهمنا تمامًا لكيفية تشكل المجرات”.

متعلق ب: يجد العلماء ثقبًا أسود يزود نافورة الغاز الجزيئي بالطاقة في الكون القديم

يشير سيلك إلى حقيقة أن المجرات البعيدة والمبكرة التي كان تلسكوب جيمس ويب الفضائي ينظر إليها، منذ أن بدأ بإرسال البيانات إلى الأرض في صيف عام 2022، أكثر سطوعًا من المتوقع.

ويشير هذا إلى أن المجرات مليئة بالفعل بأعداد كبيرة بشكل غير عادي من النجوم والثقوب السوداء الهائلة؛ إذا كان هذا صحيحًا، فهذا يعني أن نظرياتنا الحالية حول كيفية نمو المجرات قد تحتاج إلى مراجعة.

وقال سيلك: “نحن نجادل بأن الثقب الأسود يتدفق إلى الخارج من سحب الغاز المسحوقة، ويحولها إلى نجوم ويسرع بشكل كبير معدل تكوين النجوم”. “وإلا، فمن الصعب جدًا أن نفهم من أين أتت هذه المجرات الساطعة لأنها عادة ما تكون أصغر حجمًا في الكون المبكر. لماذا على الأرض يجب أن تصنع النجوم بهذه السرعة؟”

في الوقت الحالي، تشير النظريات الأكثر قبولًا حول التطور الكوني إلى أن الثقوب السوداء الكونية المبكرة قد ولدت عندما استنفدت النجوم فائقة الكتلة إمدادات الوقود اللازمة للاندماج النووي. وفي المقابل، انهارت تلك النجوم وخلقت ثقوبًا سوداء في العصور اللاحقة من الكون. وهذا يعني أن الثقوب السوداء لا بد أن تأتي بعد تشكل النجوم التي ولدتها، وكذلك قبل التجمعات الأولى للمجرات.

ومع ذلك، وجد سيلك وزملاؤه أنه يبدو أن الثقوب السوداء والمجرات قد تعايشت معًا خلال الكون القديم، وأثرت على بعضها البعض منذ 100 مليون سنة بعد الانفجار الكبير. يقول سيلك إن هذه الفترة الزمنية ستكون معادلة للأيام الأولى من شهر يناير فقط إذا تم تكثيف تاريخ الكون في سنة تقويمية.

سحقها في الكون المبكر

إن تأثير الجاذبية الهائل للثقوب السوداء يعني أنه لا يمكن لأي شيء (ولا حتى الضوء) الهروب من حدودها الخارجية، المعروفة باسم أفق الحدث. ما يعنيه هذا بالنسبة لنا هو أن كل ما يقع خلف تلك الحدود لا يمكن رؤيته مباشرة.

ولكن وراء أفق الحدث، لا تزال الأمور تحدث. لا تزال جاذبية الثقب الأسود شديدة بما يكفي لتوليد ظروف عنيفة لأي مادة محيطة به، ومن سوء الحظ سقوطه بالقرب من أفق الحدث، مما يؤدي إلى تسخينه وجعله يتدفق بشكل ساطع. يمكن ابتلاع هذه المادة، أو يمكن توجيهها إلى قطبي الثقب الأسود، حيث تنفجر بسرعات قريبة من الضوء على شكل نفاثات أو رياح.

يمكن للثقوب السوداء التي تتغذى بشكل نشط على مادة كهذه أن تزود بالطاقة ما يعرف بالنوى المجرية النشطة (AGN)، أو مناطق داخل المجرات يمكنها أن تتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في المجرات نفسها.

ويعتقد سيلك أن حقيقة أن الثقوب السوداء تعمل مثل “مسرعات الجسيمات الكونية” بهذه الطريقة هي ما مكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي من اكتشاف الكثير منها في بداية الكون.

وأوضح سيلك: “لا يمكننا رؤية هذه الرياح أو النفاثات العنيفة على مسافة بعيدة جدًا، لكننا نعلم أنها لا بد أن تكون موجودة لأننا نرى العديد من الثقوب السوداء في وقت مبكر من الكون”. “هذه الرياح الهائلة القادمة من الثقوب السوداء تسحق سحب الغاز القريبة وتحولها إلى نجوم. هذه هي الحلقة المفقودة التي تفسر سبب كون هذه المجرات الأولى أكثر سطوعًا مما توقعنا.”

كان الكون يمر بمرحلة (أو مرحلتين)

افترض الفريق الذي يقف وراء هذا البحث أن الكون المبكر كان له مرحلتين متميزتين. كانت المرحلة الأولى ستشهد تدفقات عالية السرعة من الثقوب السوداء لتسريع ولادة النجوم. وكانت المرحلة الثانية ستبدأ عندما تلاشت هذه التدفقات إلى الخارج.

بعد ذلك، عندما كان عمر الكون حوالي بضع مئات الملايين من السنين، اضطرت سحب الغاز الضخمة إلى الانهيار بسبب العواصف المغناطيسية الشديدة الناجمة عن الثقوب السوداء الهائلة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى فترة جديدة من تكوين النجوم المكثف والسريع الذي يفوق بكثير معدلات ولادة النجوم التي شوهدت في المجرات الأكثر حداثة.

ومن ثم، كان من الممكن أن يكون تكوين النجوم في وضع حرج لأن التدفقات الهائلة من الثقوب السوداء الهائلة قد انتقلت إلى حالة تحافظ على الطاقة، مما يؤدي إلى قطع إمدادات الغاز عن المجرات التي يمكن أن تتشكل فيها النجوم.

وأوضح سيلك: “اعتقدنا أنه في البداية تشكلت المجرات عندما انهارت سحابة غازية عملاقة”. “المفاجأة الكبرى هي أنه كان هناك بذرة في منتصف تلك السحابة -ثقب أسود كبير- وقد ساعد ذلك في تحويل الجزء الداخلي من تلك السحابة بسرعة إلى نجوم بمعدل أكبر بكثير مما توقعناه على الإطلاق. وهكذا كانت المجرات الأولى مشرقة بشكل لا يصدق.”

قصص ذات الصلة:

– يعلن الثقب الأسود عن نفسه لعلماء الفلك من خلال تمزيق نجم بعنف

– محطم الأرقام القياسية! الثقب الأسود المكتشف حديثًا هو الأقرب المعروف للأرض

– يكشف مرصد ناسا للأشعة السينية كيف تبتلع الثقوب السوداء النجوم وتلفظ المادة

لا يعتقد الفريق فقط أن بيانات JWST المستقبلية يمكن أن توفر تعدادًا أكثر دقة للنجوم المبكرة والثقوب السوداء الهائلة التي ستؤكد النظرية الجديدة، ولكن الباحثين يعتقدون أيضًا أن التلسكوب الفضائي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار يمكن أن يقدم بعض الإجابات على الأسئلة الأساسية التي تم العثور عليها بالقرب من الأرض.

“السؤال الكبير هو، ماذا كانت بداياتنا؟ الشمس هي نجم واحد من بين 100 مليار نجم في مجرة ​​درب التبانة، وهناك ثقب أسود ضخم يقع في المنتصف أيضًا. ما العلاقة بين الاثنين؟” واختتم الحرير. “في غضون عام، سيكون لدينا بيانات أفضل بكثير وستبدأ الكثير من أسئلتنا في الحصول على إجابات.”

نُشر بحث الفريق في شهر يناير في مجلة Astrophysical Journal Letters.