باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، اكتشف علماء الفلك أبعد اندماج بين الثقوب السوداء الهائلة التي تم اكتشافها على الإطلاق.
تقع الثقوب السوداء المتصادمة في قلب المجرات المندمجة البعيدة جدًا لدرجة أن الاصطدام يُرى كما حدث بعد 740 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير عندما كان عمر الكون 13.8 مليار سنة جزءًا صغيرًا من عمره الحالي.
لقد اشتبه علماء الفلك منذ فترة طويلة في أن الثقوب السوداء الهائلة التي تبلغ كتلتها ملايين أو حتى مليارات المرات كتلة الشمس، والتي توجد في قلب معظم المجرات الكبيرة، كانت مسؤولة عن دفع التطور الكوني. يشير اكتشاف JWST الجديد إلى أن الثقوب السوداء الهائلة كانت موجودة في مقعد القيادة تقريبًا منذ بداية الزمن.
يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي بانتظام عن ثقوب سوداء فائقة الكتلة في الكون الوليد، وهو ما يمثل مشكلة لأن عملية الاندماج التي تسهل نموها يجب أن تستغرق فترات تزيد عن مليار سنة. يمكن أن تساعد هذه النتائج أيضًا في حل اللغز المثير للقلق حول كيفية نمو الثقوب السوداء الهائلة إلى كتل هائلة في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون.
متعلق ب: الوقوع في ثقب أسود في الرسوم المتحركة المذهلة لناسا (فيديو)
وقالت هانا أوبلر، قائدة البحث والعالمة بجامعة كامبريدج، في بيان: “تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن الاندماج هو طريق مهم يمكن أن تنمو من خلاله الثقوب السوداء بسرعة، حتى عند الفجر الكوني”. “إلى جانب اكتشافات ويب الأخرى حول الثقوب السوداء النشطة والضخمة في الكون البعيد، تظهر نتائجنا أيضًا أن الثقوب السوداء الضخمة كانت تشكل تطور المجرات منذ البداية.”
عندما تصطدم الكوازارات
الثقوب السوداء الهائلة التي تلتهم المادة تقع في قلب ما يسميه علماء الفلك النوى المجرية النشطة (AGN). من مواقعها المركزية، تعمل هذه الثقوب السوداء الساطعة على إطلاق انبعاثات ساطعة تُعرف باسم الكوازارات والتي غالبًا ما تتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في بقية المجرة المحيطة بها.
تتميز هذه الانبعاثات الكهرومغناطيسية بميزات مميزة تسمح لعلماء الفلك بتحديد أنها تنشأ من تغذية الثقوب السوداء فائقة الكتلة. لا يمكن تحديد هذه الميزات إلا عن طريق التلسكوبات الموجودة في مدار حول الأرض، ولرؤيتها من أبعد الكوازارات تحتاج إلى عين الأشعة تحت الحمراء القوية والحساسة للغاية الخاصة بـ JWST.
للتحقيق في اندماج النجوم الزائفة في الكون المبكر، قام أوبلر وزملاؤه بتكبير نظام مجري يبعد حوالي 12 مليار سنة ضوئية يسمى ZS7 باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الخاص بـ JWST.
“لقد وجدنا دليلاً على وجود غاز كثيف للغاية ذو حركات سريعة بالقرب من الثقب الأسود، بالإضافة إلى غاز ساخن وعالي التأين مضاء بالإشعاع النشط الذي تنتجه عادة الثقوب السوداء أثناء تراكمها”. [feeding] أوضح أوبلر: “بفضل الدقة غير المسبوقة لقدرات التصوير، سمح تلسكوب جيمس ويب الفضائي أيضًا لفريقنا بالفصل المكاني بين الثقبين الأسودين”.
وقرر الفريق أن أحد الثقوب السوداء الهائلة المشاركة في هذا الاندماج له كتلة تعادل حوالي 50 مليون شمس. وبينما يشتبهون في أن الثقب الأسود الثاني الهائل له كتلة مماثلة، لم يتمكن العلماء من تأكيد ذلك بشكل قاطع بسبب الغاز الكثيف المحيط به.
وقال بابلو جي بيريز غونزاليس، عضو الفريق، وهو عالم من مركز علم الأحياء الفلكي (CAB): “إن الكتلة النجمية للنظام الذي درسناه مماثلة لتلك الموجودة في جارتنا، سحابة ماجلان الكبرى”. “يمكننا أن نحاول أن نتخيل كيف يمكن أن يتأثر تطور المجرات المندمجة إذا كان لدى كل مجرة ثقب أسود فائق الكتلة بحجم أو أكبر من ذلك الموجود في درب التبانة.”
عندما اندمج الثقبان الأسودان الهائلان في نهاية المطاف، كانا سيشكلان نسيجًا من الفضاء يرن بتموجات صغيرة تسمى موجات الجاذبية. سوف تشع هذه إلى الخارج من الاصطدام بسرعة الضوء ويمكن اكتشافها بواسطة الجيل التالي من أجهزة كشف موجات الجاذبية.
يمكن أن يشمل ذلك أول نظام فضائي، وهو هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي (LISA)، وهو عبارة عن مجموعة من ثلاث مركبات فضائية تطورها وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ومن المقرر إطلاقها في عام 2035.
قالت نورا لويتزجيندورف، كبيرة علماء مشروع LISA في وكالة الفضاء الأوروبية: “تخبرنا نتائج تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن الأنظمة الأخف وزنًا التي يمكن اكتشافها بواسطة LISA يجب أن تكون أكثر تكرارًا بكثير مما كان يُفترض سابقًا”. “سيدفعنا ذلك على الأرجح إلى تعديل نماذجنا لمعدلات LISA في هذا النطاق الشامل. وهذا مجرد غيض من فيض.”
قصص ذات الصلة:
– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
حتى قبل إطلاق LISA، سيواصل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التحقيق في الثقوب السوداء الهائلة المبكرة. ابتداءً من هذا الصيف، سيقوم برنامج في عمليات الدورة الثالثة للتلسكوب الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار بدراسة العلاقة بين الثقوب السوداء الضخمة والمجرات المضيفة لها في المليار سنة الأولى بعد الانفجار الكبير. وسيشمل ذلك البحث عن عمليات الاندماج وتوصيفها.
يمكن أن يخبرنا هذا العلماء بمعدل تصادم الثقوب السوداء الهائلة، وما إذا كان هذا كافيًا لتفسير نموها السريع في الكون المبكر.
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (16 مايو) في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.