رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) الضوء الصادر من النجوم المحيطة ببعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة السابقة في الكون، وهي ثقوب سوداء شوهدت كما كانت بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير.
تتناول الملاحظات التي أجراها فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مسألة كيفية نمو هذه العمالقة الكونية الموجودة في قلوب المجرات إلى كتل هائلة، تعادل الملايين (وأحيانًا المليارات) من الشموس. وبشكل أكثر تحديدا، كيف نمت بهذه السرعة؟ يمكن أن تجيب النتائج أيضًا على اللغز: ما الذي جاء أولاً، المجرة أم الثقب الأسود الهائل؟
تتغذى الثقوب السوداء الهائلة التي لاحظها فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بشكل لا يشبع على المواد المحيطة بها، مما يولد قوى مد هائلة في قرص من المادة يسمى القرص التراكمي، مما يتسبب في توهج القرص نفسه. تعمل حالة التغذية هذه على تشغيل الأجسام التي تسمى النجوم الزائفة، والتي تقع في قلوب المجرات النشطة. تعد النجوم الزائفة من أكثر الأجسام سطوعًا في الكون، وبعضها شديد السطوع لدرجة أنها تتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في المجرات المحيطة بها.
الثقوب السوداء الهائلة محاطة بالغموض أيضًا، خاصةً عندما تُرى قبل مليار سنة من تاريخ الكون الممتد لـ 13.8 مليار سنة. وذلك لأن عملية الاندماج المستمر للثقوب السوداء، والتي يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة تنمو بمرور الوقت، يجب أن تستغرق عدة مليارات من السنين لتبدأ. إذًا، كيف يمكن لهذه الفراغات العملاقة أن توجد بعد حوالي مليار سنة فقط من الانفجار الكبير؟
حسنًا، أحد الاقتراحات هو أنهم حصلوا على السبق، حيث تشكلوا مما يسمى بالثقوب السوداء “البذور الثقيلة”.
متعلق ب: يُلمح منظر جديد للثقب الأسود الهائل في قلب مجرة درب التبانة إلى ميزة مخفية مثيرة
وباستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمراقبة الضوء الخافت القادم من النجوم في المجرات المضيفة لستة أشباه نجوم قديمة، تمكن فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، لأول مرة، من جمع أدلة على أن الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر نمت بالفعل من بذور ثقيلة.
وقالت آنا كريستينا إيلرز، عضو الفريق والأستاذ المساعد للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان: “هذه الثقوب السوداء أكبر كتلة من الشمس بمليارات المرات، في وقت لا يزال فيه الكون في بداياته”. “تشير نتائجنا إلى أنه في بداية الكون، ربما اكتسبت الثقوب السوداء فائقة الكتلة كتلتها قبل المجرات المضيفة لها، وربما كانت بذور الثقب الأسود الأولية أكبر كتلة مما هي عليه اليوم.”
ما الذي جاء أولا؟ الثقب الأسود أم مجرته؟
تم اكتشافه في ستينيات القرن الماضي، وكان يُعتقد في البداية أن السطوع الشديد للكوازارات ينشأ من نقطة واحدة تشبه النجم. أدى هذا إلى ظهور اسم “الكوازار”، وهو عبارة عن ترجمة لمصطلح كائن “شبه نجمي”. ومع ذلك، سرعان ما اكتشف الباحثون أن الكوازارات تنتج في الواقع عن تراكم كميات هائلة من المادة في الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوب المجرات.
ومع ذلك، فإن هذه الأجسام محاطة أيضًا بنجوم، وهي أكثر خفوتًا وأكثر صعوبة في مراقبتها. وذلك لأن هذا الضوء النجمي يتم غسله بواسطة الضوء الأكثر سطوعًا للكوازار الذي يدور حوله النجم. وبالتالي، فإن فصل الضوء عن النجوم الزائفة والضوء عن النجوم المحيطة بها ليس بالأمر السهل، فهو يشبه رؤية ضوء اليراعات الجالسة على مصباح منارة على بعد حوالي ميل واحد.
ومع ذلك، فإن قدرة تلسكوب جيمس ويب الفضائي على العودة بالزمن إلى أبعد من أي تلسكوب سابق، إلى جانب حساسيته العالية ودقة وضوحه، جعلت هذا التحدي أقل صعوبة. وهكذا، تمكن فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من مراقبة الضوء الذي يسافر إلى الأرض منذ حوالي 13 مليار سنة من ستة أشباه نجوم في المجرات القديمة.
“يتفوق الكوازار على المجرة المضيفة بمرات عديدة. ولم تكن الصور السابقة حادة بما يكفي لتمييز شكل المجرة المضيفة بكل نجومها،” قال عضو الفريق مينغهاو يو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. قال. “الآن، ولأول مرة، أصبحنا قادرين على الكشف عن الضوء الصادر عن هذه النجوم من خلال تصميم صور JWST الأكثر وضوحًا لتلك الكوازارات بعناية شديدة.”
تضمنت بيانات JWST قياسات لكل من انبعاثات ضوء الكوازارات الستة عبر مجموعة من الأطوال الموجية. تم بعد ذلك تقديم هذه المعلومات إلى نموذج حاسوبي يوضح بالتفصيل مقدار هذا الضوء الذي يمكن أن يعزى إلى مصدر نقطي مضغوط – القرص التراكمي حول الثقب الأسود – وكم يمكن أن يعزى إلى مصدر أكثر انتشارًا – النجوم المنتشرة حول المجرة .
ومن خلال تقسيم الضوء إلى مصدرين، تمكن الفريق أيضًا من استنتاج كتلة كلا العنصرين في هذه المجرات. وكشف هذا أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة لها كتل تعادل حوالي 10٪ من كتل النجوم المحيطة بها.
في حين أن هذا قد يبدو وكأنه اختلال كبير في التوازن لصالح النجوم، فكر في كيفية كون الثقوب السوداء المركزية فائقة الكتلة في المجرات الحديثة لها كتلة تبلغ 0.1٪ فقط من كتلة النجوم في المجرات المحيطة بها.
“يخبرنا هذا شيئًا عما ينمو أولاً: هل الثقب الأسود هو الذي ينمو أولاً، ثم تلحق به المجرة؟ أم أن المجرة ونجومها هي التي تنمو أولاً، وهي تهيمن وتنظم نمو الثقب الأسود؟” قال إيلرز. “نرى أن الثقوب السوداء في بداية الكون تبدو وكأنها تنمو بشكل أسرع من المجرات المضيفة لها.
“هذا دليل مبدئي على أن بذور الثقب الأسود الأولية كان من الممكن أن تكون أكبر حجما في ذلك الوقت.”
قصص ذات الصلة
– اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقبًا أسود هائلًا “أحمر للغاية” ينمو في الكون المبكر
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
واختتم يو حديثه قائلاً: “بعد ظهور الكون، كانت هناك ثقوب سوداء أولية استهلكت بعد ذلك المواد ونمت في وقت قصير جدًا. أحد الأسئلة الكبيرة هو فهم كيف يمكن لهذه الثقوب السوداء العملاقة أن تنمو بهذا الحجم وبهذه السرعة”. “يجب أن تكون هناك آلية ما لجعل الثقب الأسود يكتسب كتلته في وقت أبكر من مجرته المضيفة في تلك المليار سنة الأولى.
“إنه نوع من الدليل الأول الذي نراه على هذا، وهو أمر مثير.”
يتم نشر نتائج الفريق في مجلة الفيزياء الفلكية.