اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن الثقوب السوداء يمكن أن تسحق تشكل النجوم

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

وجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا دليلاً على أن الثقوب السوداء الهائلة تمنع تكوين النجوم في المجرات الناضجة.

استخدم الفريق كاميرا جيمس ويب الفضائية (JWST) القريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIRCam)، وقاموا بتحليل 19 مجرة ​​تشكل جزءًا من مجموعة Spiderweb الأولية، وهي واحدة من أفضل مجموعات المجرات التي تمت دراستها في الكون، والتي تقع على بعد حوالي 11 مليار سنة ضوئية من كوكبنا. أرض.

ووجدوا أن المجرات التي يبدو أنها تحتوي على ثقوب سوداء هائلة في قلوبها تنتج النجوم بمعدل أبطأ بكثير من تلك التي لا تحتوي على مثل هذه الثقوب السوداء. قد تساعد النتائج في سد فجوة طويلة الأمد في فهمنا لتطور المجرات.

وقال ريثم شيماكاوا، الأستاذ المشارك في علم الفلك بجامعة واسيدا في اليابان والمؤلف الرئيسي للدراسة، لموقع Space.com: “لقد نجحنا في الحصول على خرائط عالية الدقة لخطوط إعادة تركيب الهيدروجين، والتي تشير إلى نشاط تكوين النجوم”. “لقد وجدنا أن المجرات الضخمة ذات الثقوب السوداء النشطة فائقة الكتلة لا تظهر أي علامة على تكوين النجوم بالمقارنة مع تلك التي لا تحتوي على ثقوب سوداء نشطة فائقة الكتلة.”

تتشكل النجوم عندما تنهار سحب ضخمة من غاز الهيدروجين البارد تحت وطأة جاذبيتها. ومع زيادة كثافة المادة داخل السحابة المنهارة، ترتفع درجة حرارتها. وهذا يؤدي في النهاية إلى الاندماج النووي، الذي يعيد النجوم إلى الحياة.

تتسبب هذه العملية في تأين ذرات الهيدروجين، وهي آلية تبعث نوعًا معينًا من الإشعاع المرئي في أطياف الضوء التي تم الحصول عليها بواسطة أدوات متطورة مثل NIRCam الخاص بـ JWST.

لقد لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أنه كلما تقدمت المجرات في العمر، قل عدد النجوم التي تنتجها. في الأصل، اعتقد الخبراء أن عملية تكوين النجوم تتباطأ ببساطة لأن المجرات تستهلك غاز الهيدروجين البارد. ومع ذلك، كشفت الملاحظات أن بعض المجرات التي يبلغ عمرها مليار سنة (مجرتنا درب التبانة عمرها 13.6 مليار سنة، في السياق) تظهر بالفعل علامات على احتراق النجوم. وهذه فترة قصيرة جدًا بحيث لا تسمح لتلك المجرات بنفاد غاز الهيدروجين من خلال تكوين النجوم وحده.

ولذلك اقترح بعض علماء الفلك أنه مع نمو المجرات عن طريق الاندماج مع مجرات أخرى، تنمو الثقوب السوداء في مراكزها أيضًا، لتصل إلى ملايين الكتلة الشمسية. (كتلة الشمس الواحدة تساوي كتلة شمسنا). ومع نمو الثقوب السوداء، تزداد قدرتها على امتصاص الغاز من المجرات. كلما كان الثقب الأسود أكثر ضخامة، كلما زادت سرعة الجسم في جعل المادة تتخطى أفق الحدث، حيث تصل سرعتها إلى عشرات الآلاف من الأميال في الثانية. تقوم بعض هذه الثقوب السوداء بقذف بعض الغاز المتراكم في الفضاء بين المجرات على شكل نفاثات نسبية، مما يزيد من تجريد المجرة من الوسط الحامل للنجوم. إن مشاهدات تلسكوب جيمس ويب الفضائي للعنقود الأولي للويب العنكبوتي، والتي، نظرًا لبعدها الشاسع، تبدو لنا كما بدت بعد أقل من 3 مليارات سنة من الانفجار الكبير، تدعم هذه النظرية.

وقال شيماكاوا: “إن مجموعة Spiderweb الأولية هي أول مجموعة مجرات قديمة يتم اكتشافها على الإطلاق وقد تمت دراستها من قبل مجموعات بحثية مختلفة لأكثر من عقدين من الزمن”. “هناك العديد من المجرات الضخمة [in the Spiderweb supercluster] ويستضيف ثقوبًا سوداء فائقة الضخامة، مما يجعله مختبرًا مثاليًا لدراسة العلاقة بين الثقوب السوداء وتكوين النجوم بالتفصيل”.

عادة ما يكون تكوين النجوم شبه معدوم في المجرات الإهليلجية الكبيرة، والتي تمثل المرحلة النهائية في تطور المجرات. على عكس المجرات الحلزونية مثل مجرة ​​درب التبانة، مع هياكلها المميزة من الأذرع الحلزونية المتعرجة، فإن المجرات الإهليلجية عديمة الشكل إلى حد ما. ويعتقد العلماء أن هذه التراكمات الهائلة من النجوم نشأت من تصادمات بين المجرات الأحدث سنا. كانت قوة هذه الاصطدامات المجرية ستمحو الهياكل الأنيقة لتلك المجرات السابقة، وتحول المجرات الإهليلجية إلى مناطق فوضوية حيث تدور النجوم في اتجاهات عشوائية. كان من الممكن أن تؤدي هذه التصادمات أيضًا إلى دمج الثقوب السوداء المركزية للمجرات الأم، مما يؤدي إلى إنتاج ثقب أسود أكثر ضخامة مع كل تصادم لاحق. ونتيجة لذلك، فإن الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مراكز المجرات الإهليلجية هي أضخم الثقوب السوداء المعروفة.

عندما تتجه المادة نحو ثقب أسود فائق الضخامة، فإنها تنبعث منها أشعة سينية قوية يمكن ملاحظتها بواسطة مراصد مدارية أخرى مثل مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا. ومن خلال مقارنة ملاحظات تشاندرا مع قياسات تلسكوب جيمس ويب الفضائي لتأين الهيدروجين، وجد الباحثون أن المجرات التي تحتوي على الثقوب السوداء الأكثر نهمًا تظهر أدنى معدلات تكوين النجوم.

قصص ذات صلة:

– مجموعة Spiderweb الأولية مليئة بالمجرات الصغيرة، كما يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي

– يمتلك كويكب المذنب تشيرون مزيجًا غير عادي من الجليد، كما اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي

– يلتقط تلسكوب جيمس ويب الفضائي قيلولة الثقب الأسود الوحشي بعد “الإفراط في تناول الطعام” في الكون المبكر

لقد رأى العلماء سابقًا أدلة على أن الثقوب السوداء الهائلة قد تدفع الغاز خارج المجرات، لكن ملاحظات مجموعة Spiderweb الأولية لها قيمة خاصة لأنها تكشف عن نمط عبر مجموعة أكبر من المجرات التي لها نفس العمر تقريبًا. تحتوي ثمانية من المجرات المرصودة على ثقوب سوداء نشطة فائقة الكتلة في مراكزها، بينما تمتلك 11 مجرة ​​قلوبًا أكثر هدوءًا.

ومع ذلك، يقول شيماكاوا إنه لا يُعرف ما يكفي عن التفاعل بين الثقوب السوداء الهائلة والمجرات المحيطة بها، وأن الآليات الأخرى يمكن أن تساهم في تباطؤ تكوين النجوم.

الدراسة تم نشره في 18 ديسمبر في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.