عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، عاد علماء الفلك إلى الوراء 13 مليار سنة ليكتشفوا بشكل مدهش النجوم الزائفة الهائلة التي تعمل بالثقوب السوداء.
تعتبر عمليات رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) مربكة لأن الثقوب السوداء المعزولة يجب أن تكافح من أجل جمع كتلة كافية للوصول إلى حالة فائقة الكتلة، خاصة بعد بضع مئات الملايين من السنين من الانفجار الكبير. يزيد هذا الاكتشاف من تعقيد الأمور عندما يتعلق الأمر باللغز المتمثل في كيفية نمو بعض الثقوب السوداء إلى كتل تعادل ملايين أو حتى مليارات الشموس عندما كان عمر الكون أقل من مليار سنة.
جاءت هذه النتائج بعد أن استخدم فريق من العلماء تلسكوب جيمس ويب الفضائي لدراسة بيئات خمسة من أقدم النجوم الزائفة المعروفة، والتي تشكلت عندما كان عمر الكون يتراوح بين 600 و700 مليون سنة. ووجد الفريق أن المناطق المحيطة بهذه النجوم الزائفة، والمعروفة باسم “حقول النجوم الزائفة”، كانت متنوعة بشكل مدهش. كان بعضها عبارة عن بيئات مكتظة بالسكان تنبأ بها العلماء، لكن البعض الآخر كان عبارة عن “مساكن فارغة” ذات كثافة سكانية منخفضة والتي قد تكافح من أجل تغذية نمو الثقوب السوداء الهائلة.
“خلافًا للاعتقاد السابق، نجد، في المتوسط، أن هذه النجوم الزائفة ليست بالضرورة في تلك المناطق ذات الكثافة الأعلى في الكون المبكر. ويبدو أن بعضها يجلس في منتصف اللامكان،” آنا كريستينا إيلرز، أستاذ مساعد في علم الفلك. الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان. “من الصعب شرح كيف يمكن لهذه النجوم الزائفة أن تنمو بشكل كبير إذا بدا أنها لا تملك شيئًا تتغذى منه.”
متعلق ب: الثقب الأسود الوحشي هو “مايكل مايرز الكوني” الذي يقتل نجمًا ويهاجم آخر بوحشية
الكوازارات تحتاج إلى غرف تخزين كاملة
ويعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة تكمن في قلوب جميع المجرات الكبيرة في الكون الحديث نسبيا. ونظرًا لعدم وجود نجم كبير بما يكفي للانهيار، ولأن الثقوب السوداء لها مثل هذه الكتل الهائلة، يعرف العلماء أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة يجب أن تتشكل بطرق مختلفة عن ما يسمى “الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية” التي تتراوح كتلتها بين 10 و 100 مرة كتلة الشمس، عند ولادتها. من موت النجوم الضخمة.
تشير النماذج إلى أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة قد تنمو من خلال عمليات اندماج تدريجية لثقوب سوداء أكبر وأكبر، لكن المشكلة تكمن في أن هذه العملية يجب يستغرق أكثر من 1 مليار سنة. ومع ذلك، يرى تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقوبًا سوداء هائلة الحجم تشكلت في وقت أقل بكثير.
من الممكن رؤية هذه الثقوب السوداء الهائلة لأنها تقع في بيئات مضطربة غنية بالغاز تسمى النوى المجرية النشطة (AGN) والتي تتغذى منها. وهذا يسهل أيضًا نموها. تتسبب الكتلة الهائلة للثقوب السوداء في هذه البيئات في توهج سحب مسطحة من الغاز والغبار حولها بشكل ساطع، وغالبًا ما يفوق سطوعها الضوء المشترك لكل نجم في المجرة التي تؤويها. يشير هذا الضوء، وهو أكثر سطوعًا من الشمس بتريليونات المرات، إلى وجود نجم زائف.
ومع ذلك، تحتاج الثقوب السوداء فائقة الكتلة إلى “خدمة توصيل” للحفاظ على محيطها المباشر مليئًا جيدًا بالغاز والغبار لتحقيق هذا اللمعان المذهل.
وقال إيلرز: “إنه أمر استثنائي أن لدينا الآن تلسكوبًا يمكنه التقاط الضوء منذ 13 مليار سنة بمثل هذا القدر من التفاصيل”. “لأول مرة، مكننا تلسكوب جيمس ويب الفضائي من النظر إلى بيئة هذه النجوم الزائفة، حيث نشأت، وكيف كان شكل الحي الذي تعيش فيه.”
لاستكشاف المناطق المحيطة الأوسع للكوازارات، اختار الفريق خمس مناطق فائقة الكتلة تعمل بالطاقة من خلال الثقوب السوداء، تمت دراستها بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي بين أغسطس 2022 ويونيو 2023. وقد تطلب ذلك “دمج” صور متعددة معًا لإنشاء فسيفساء حقل الكوازار لكل حي من الثقوب السوداء الهائلة.
ومن خلال معالجة الأطوال الموجية المتعددة للضوء في الصور، كان من الممكن أيضًا تحديد ما إذا كان الضوء يأتي من مجرة مجاورة للكوازار وقياس مدى بعد تلك المجرة التي نشأت في الكوازار المركزي اللامع.
وقال إيلرز: “لقد وجدنا أن الاختلاف الوحيد بين هذه النجوم الزائفة الخمسة هو أن بيئاتها تبدو مختلفة تمامًا”. “على سبيل المثال، يحتوي أحد النجوم الزائفة على ما يقرب من 50 مجرة حوله، بينما يحتوي الآخر على اثنتين فقط. وكلا النجمين الزائفين يقعان في نفس الحجم والحجم والسطوع والوقت الخاص بالكون.
“كان ذلك مفاجئًا حقًا.”
متعلق ب: اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن الثقب الأسود الهائل القديم ينفخ رياحًا تقتل المجرات
هل شهدت الثقوب السوداء الهائلة المبكرة “طفرات نمو”؟
تتحدى النتائج التي توصل إليها الفريق فكرة نمو الثقب الأسود الهائل، وحتى تكوين المجرات ككل. الفهم الحالي هو أن هذا التطور كان موجهًا بـ “شبكة كونية” واسعة من المادة المظلمة؛ تمثل المادة المظلمة حوالي 85% من مجمل المادة ولكنها تظل غير مرئية بالنسبة لنا.
كانت خيوط المادة المظلمة في الشبكة الكونية توجه الغاز والغبار في الكون المبكر، وتجذب المادة البدائية عبر محلاقها الشاسعة. وحيثما التقت خيوط هذه الشبكة الكونية، تراكمت مناطق شديدة الكثافة من المادة. هنا، تم بناء المجرات المبكرة، وينبغي العثور على النجوم الزائفة الأولى.
وقال قائد الفريق إيليا بيتزاتي، وهو طالب دراسات عليا في جامعة ليدن، في البيان: “إن الشبكة الكونية للمادة المظلمة هي تنبؤ قوي لنموذجنا الكوني للكون، ويمكن وصفها بالتفصيل باستخدام المحاكاة العددية”. “من خلال مقارنة ملاحظاتنا بهذه المحاكاة، يمكننا تحديد مكان وجود النجوم الزائفة في الشبكة الكونية.”
من المفترض أن تنمو الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في هذه العقد في الشبكة الكونية من خلال التراكم الثابت والسريع للغاز والغبار الذي توفره الشبكة الكونية مثل مركز Grub Hub المجري – وهذا من شأنه أن يسمح للكوازارات بتحقيق كتل هائلة وسطوع شديد – لكن العلماء ومازلنا بحاجة إلى معرفة كيف حدث هذا في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون.
وقال إيلرز: “السؤال الرئيسي الذي نحاول الإجابة عليه هو كيف تتشكل هذه الثقوب السوداء التي تبلغ كتلتها مليار كتلة شمسية في وقت لا يزال فيه الكون فتيًا حقًا؟ إنه لا يزال في مهده”.
ولسوء الحظ، يبدو أن هذا البحث قد أثار أسئلة أكثر من الإجابة على الأسئلة التي تزعج العلماء بالفعل. يبدو أن الأحياء القاحلة تشير إلى عدم وجود المادة المظلمة والكثافة الزائدة لعقدة الويب الكونية. إذا كان الأمر كذلك، فإن نظريات آلية النمو الحالية لا يمكنها تفسير هذه النجوم الزائفة.
قصص ذات صلة:
– يُطلق الثقب الأسود العملاق للمجرة M87 نفاثات بسرعة الضوء تقريبًا
– الثقب الأسود مصاص الدماء هو “مسرع الجسيمات الكونية” الذي قد يحل لغزًا طويل الأمد في علم الفلك
– كيف يمكن لكوازارين في فجر التاريخ أن يكونا بمثابة حجر رشيد للكون المبكر
أحد الحلول المحتملة لهذا اللغز هو أن هذه النجوم الزائفة المبكرة كانت في الواقع محاطة بالغبار الكوني، وبالتالي فهي غير مرئية. ويعتزم الفريق الآن “ضبط” مراقباتهم لحقول النجوم الزائفة التي يحتمل أن تكون فارغة لاكتشاف أي من هذه المجرات المغطاة.
وخلص إيليرز إلى القول: “تظهر نتائجنا أنه لا يزال هناك جزء كبير من اللغز مفقود حول كيفية نمو هذه الثقوب السوداء الهائلة”. “إذا لم يكن هناك ما يكفي من المواد حول بعض النجوم الزائفة لتكون قادرة على النمو بشكل مستمر، فهذا يعني أنه يجب أن تكون هناك طريقة أخرى يمكن أن تنمو بها والتي لم نكتشفها بعد.”
نُشر بحث الفريق في 17 أكتوبر في مجلة الفيزياء الفلكية