كيف أصبح هذا الثقب الأسود القديم كبيرًا جدًا؟

عند الشراء من خلال روابط على مقالاتنا ، قد يكسب المستقبل وشركاء المشاركة في العمولة.

إن الثقب الأسود الهائل في الكون المبكر أكبر بكثير مما ينبغي لعمره ، بناءً على ما نعرفه عن تكوين الثقب الأسود. هل يمكن أن تكون هناك طريقة أخرى لصنع ثقوب سوداء؟

في عام 2023 ، رصد علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب جيمس ويب للفضاء (JWST) ومرصد تشاندرا الأشعة السينية UHZ1 ، موطن ثقب أسود ضخم كان موجودًا عندما كان الكون 470 مليون سنة فقط.

يزن الثقب الأسود في UHZ1 حوالي 40 مليون كتلة شمسية. في حين أن هذا أصغر بكثير من أكبر الثقوب السوداء الفائقة التي تم اكتشافها ، إلا أنها لا تزال عبارة عن عوامل تفكر في وقت مبكر في تاريخ الكون.

في الواقع ، إنه كبير جدًا. الطريقة الوحيدة المعروفة لإنشاء ثقوب سوداء هي من خلال وفاة النجوم الضخمة. عندما يموت النجوم الكبرى ، يتركون وراءهم ثقوبًا سوداء يصل إلى بضع عشرات من المرات في كتلة الشمس. من هناك ، يمكن أن تنمو إلى أبعاد ضخمة من خلال الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى وتراكم المواد من محيطها.

كل هذا أمر جيد ، لكن المشكلة مع UHZ1 – وبعض أصدقائها – هي أنه لا يوجد وقت كافٍ للانتقال من البذور الصغيرة إلى الوحوش الفائقة. يقتصر نمو الثقوب السوداء على شيء يسمى معدل Eddington. عندما تقع المادة في ثقب أسود ، فإنه يضغط ويسخن وينبعث الإشعاع. يمنع هذا الإشعاع المزيد من المواد بسرعة كبيرة ؛ إنه بمثابة صمام طبيعي للحفاظ على أي ثقب أسود في نظام غذائي بطيء.

لكي يولد UHZ1 من ثقب أسود من الكتلة النجمية ، سيتعين على مواد أسرع مما يسمح به معدل Eddington. على الرغم من أنه من الممكن كسر حد Eddington في بعض الحالات ، إلا أنه سيتعين عليه الحفاظ على هذه الوتيرة لأكثر من 100 مليون عام ، مما يلف المصداقية.

لذلك ربما لم يولد UHZ1 من وفاة نجم. ربما انهار شيء أكبر من تلقاء نفسه لإنشاء بذرة كبيرة لا يمكن أن تنمو إلى حالة الفائق في وقت قصير بما يكفي.

لكن الكون المبكر لم يكن مكانًا معقدًا تمامًا. لم تكن هناك أي نجوم أو مجرات أو حتى عناصر ثقيلة. كانت هناك مجرد غيوم عملاقة من الهيدروجين البكر والهيليوم تطفو حولها ، على طريقها البطيء والثابت ليصبحوا نسيجًا غنيًا للكون الحديث.

أدرك علماء الفيزياء الفلكية أنه قد يكون من الممكن أن تنهار هذه السحب العملاقة من الغاز من تلقاء نفسها. الحيلة هي الحفاظ عليها دافئة بما فيه الكفاية. إذا كانت تبرد بسرعة كبيرة ، فبدلاً من الانهيار ككيان متجانس ، فإنها تتجه إلى العديد من الجيوب الأصغر ، مما ينتج مجموعة من النجوم ذات الحجم الطبيعي.

العناصر أثقل من الهيليوم ، والمعروفة باسم “المعادن” في مصطلحات علم الفلك ، هي فعالة للغاية في تبريد غيوم الغاز ، لأنها يمكن أن تنبعث من الإشعاع في مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية. لكن تلك غائبة في الكون المبكر. يمكن للهيدروجين الجزيئي القيام بالخدعة. ولكن إذا كان هناك ما يكفي من الإشعاع فوق البنفسجي (UV) يتجول حول غيوم الغاز هذه ، فإنه يفصل الجزيئات ويحافظ على الهيدروجين في حالته الذرية.

إذا كانت الظروف صحيحة تمامًا ، تنهار سحابة الغاز إلى بنية عملاقة تشبه النجوم والتي يمكن أن تزن أكثر من 10000 كتلة شمسية. على الفور ، يتشكل الثقب الأسود في قلبه ، والذي يمتص بعد ذلك في المادة المحيطة ، بسرعة تصل إلى كتلة تزيد عن 1000 ، أو حتى 10000 ، أضعف كتلة الشمس.

القصص ذات الصلة:

– كيف أصبحت الثقوب السوداء الفائقة كبيرة جدًا بعد الانفجار الكبير؟

– الثقوب السوداء الخاطئة في مجرات “النقطة الحمراء الصغيرة” أكبر بمقدار 1000 مرة مما ينبغي ، ولا يعرف علماء الفلك لماذا

-الثقب الأسود في الكون المبكر وجدت! ولكن هل يكسر قوانين الفيزياء؟

ولكن هناك مشكلة واحدة: لا نعرف كيفية توليد الكثير من الأشعة فوق البنفسجية في الكون المبكر. مصدر إشعاع الأشعة فوق البنفسجية هو النجوم ، التي تقصر في العرض … قبل ظهور النجوم.

في السنوات الأخيرة ، قام علماء الفيزياء الفلكية بتجميع مجموعة متنوعة من المقترحات للحفاظ على سحب غاز الهيدروجين. تعتمد بعض الأفكار على النجوم الأولى في الفجر الكوني لتسخين الكتل القريبة. البعض الآخر أكثر غرابة ، ويعتمد على الأشكال الافتراضية للمواد المظلمة التي يمكن أن تتحول إلى إشعاع في الأيام المبكرة من الكون.

في نهاية المطاف ، لسنا متأكدين من مدى حصول الثقوب السوداء العملاقة على ضخامة في الكون المبكر. يمكن أن يكون من الانهيار المباشر. يمكن أن يكون من بعض العمليات الغريبة. يمكن أن يكون من شيء لم نحققه بعد. ولكن هذا هو بالضبط السبب في أن الأدوات مثل JWST مفيدة للغاية: إنها تخلق أسرارًا ، ولكن نأمل أن تساعد أيضًا في حل هذه الألغاز.