باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، اكتشف علماء الفلك ثقبًا أسود فائق الكتلة “أحمر للغاية” ينمو في الكون المبكر الغامض.
إن اللون الأحمر للثقب الأسود الهائل، الذي شوهد بعد حوالي 700 مليون سنة من الانفجار الكبير، هو نتيجة توسع الكون. عندما يتضخم الكون إلى الخارج في كل الاتجاهات، فإن الضوء المتجه نحونا ينزاح نحو الأحمر، ويشير الضوء المنزاح نحو الأحمر في هذه الحالة إلى عباءة سميكة من الغاز والغبار تغطي الثقب الأسود.
ومن خلال فحص بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تمكن فريق علم الفلك بقيادة لوكاس فورتاك وأدي زيترين من جامعة بن غوريون في النقب، من تحديد كتلة الثقب الأسود الهائل. تبلغ كتلته حوالي 40 مليون مرة كتلة الشمس، وهو ضخم بشكل غير متوقع مقارنة بالمجرة التي يعيش فيها.
ووجد الفريق أيضًا أن الثقب الأسود الهائل، الذي يقع على بعد حوالي 12.9 مليار سنة ضوئية من الأرض، يتغذى بسرعة على الغاز والغبار المحيط به. وبعبارة أخرى، فإنه ينمو.
متعلق ب: ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
وقال فورتاك في بيان: “كنا متحمسين للغاية عندما بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي بإرسال بياناته الأولى. كنا نقوم بمسح البيانات التي وصلت لبرنامج UNCOVER، وبرزت ثلاثة أجسام مدمجة للغاية ولكنها تزهر باللون الأحمر بشكل بارز ولفتت انتباهنا”. “إن ظهورها على شكل “النقطة الحمراء” دفعنا على الفور إلى الشك في أنها جسم يشبه الكوازار.”
“النقاط الحمراء الثلاث”
يتم إنشاء النجوم الزائفة عندما تحيط كميات وفيرة من المادة بالثقوب السوداء الهائلة مثل هذا. تشكل هذه المادة قرصًا من الغاز والغبار يسمى القرص التراكمي الذي يغذي الثقب الأسود تدريجيًا. يؤدي تأثير الجاذبية الهائل للثقب الأسود إلى تحريك هذه المادة، مما يولد درجات حرارة شديدة ويتسبب في توهجها.
بالإضافة إلى ذلك، فإن المادة التي لا تسقط في الثقب الأسود الهائل يتم توجيهها إلى قطبي العملاق الكوني. يتم تسريع الجسيمات في هذه المناطق إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء مثل النفاثات المتوازية للغاية. عندما تنفجر هذه النفاثات النسبية، تكون الانفجارات مصحوبة بانبعاثات كهرومغناطيسية ساطعة.
ونتيجة لهذه الظواهر، فإن النجوم الزائفة التي تدعمها الثقوب السوداء الهائلة في نوى المجرة النشطة (AGN) غالبا ما تكون شديدة السطوع لدرجة أن الضوء الذي تنبعث منه غالبا ما يفوق الضوء المشترك لكل نجم في المجرة المحيطة بها.
تسببت الكمية الهائلة من الإشعاع المنبعثة من حول هذا الثقب الأسود فائق الكتلة في اتخاذ مظهر يشبه النقطة الصغيرة في بيانات JWST.
وقالت راشيل بيزانسون، من جامعة بيتسبرغ والرئيسة المشاركة لبرنامج UNCOVER، في البيان: “أشار تحليل ألوان الجسم إلى أنها لم تكن مجرة نموذجية لتشكل النجوم. وهذا يدعم فرضية الثقب الأسود الهائل”. “إلى جانب حجمه الصغير، أصبح من الواضح أنه من المحتمل أن يكون ثقبًا أسودًا فائق الضخامة، على الرغم من أنه كان لا يزال مختلفًا عن النجوم الزائفة الأخرى الموجودة في تلك الأوقات المبكرة.”
لم يكن من الممكن رؤية الكوازار المبكر حتى بالعين تحت الحمراء القوية لـ JWST دون القليل من المساعدة من التأثير الذي تنبأ به ألبرت أينشتاين في عام 1915.
عدسة أينشتاين
تقترح نظرية النسبية العامة لأينشتاين أن الأجسام ذات الكتلة تشوه نسيج المكان والزمان، اللذين يتحدان حقًا ككيان واحد يسمى “الزمكان”. وتستمر النظرية في أن الجاذبية تنشأ نتيجة لهذا الانحناء. كلما زادت كتلة الجسم، زاد انحناء الزمكان “المتطرف”.
وبالتالي فإن هذا الانحناء لا يخبر الكواكب بكيفية التحرك حول النجوم والنجوم وكيفية التحرك حول مراكز مجراتها فحسب، بل يغير أيضًا مسارات الضوء القادمة من تلك النجوم.
كلما اقترب الضوء من الجسم ذي الكتلة، كلما كان مساره “منحنيًا”. وبالتالي يمكن ثني مسارات مختلفة للضوء من كائن واحد في الخلفية بواسطة المقدمة، أو “كائن العدسة”، وتغيير مظهر موقع كائن الخلفية. في بعض الأحيان، يمكن أن يؤدي التأثير إلى ظهور كائن الخلفية في أماكن متعددة في نفس صورة السماء. وفي أحيان أخرى، يتم ببساطة تضخيم الضوء الصادر من كائن الخلفية، ويتم تكبير هذا الكائن.
تُعرف هذه الظاهرة باسم “عدسة الجاذبية”.
في هذه الحالة، استخدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي مجموعة مجرات تسمى Abell 2744 كجسم عدسة أمامي لتضخيم الضوء من المجرات الخلفية، والتي تكون بعيدة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها. كشف هذا عن الكوازار الأحمر للغاية الذي ركزوا عليه، والذي كان في الأصل على شكل ثلاث نقاط حمراء.
قال زيترين: “لقد استخدمنا نموذج العدسات العددي الذي قمنا ببنائه لمجموعة المجرات لتحديد أن النقاط الحمراء الثلاث يجب أن تكون صورًا متعددة لمصدر الخلفية نفسه، والتي شوهدت عندما كان عمر الكون حوالي 700 مليون سنة فقط”.
كشف التحليل الإضافي لمصدر الخلفية أن ضوءه يجب أن يأتي من منطقة مدمجة.
وقالت جيني جرين، عضو الفريق والباحثة في جامعة برينستون: “يجب أن يتناسب كل ضوء تلك المجرة داخل منطقة صغيرة بحجم كتلة نجمية حالية. وقد أعطانا تكبير المصدر بفعل عدسة الجاذبية حدودًا رائعة على الحجم”. إفادة. “حتى لو جمعنا كل النجوم المحتملة في مثل هذه المنطقة الصغيرة، فإن الثقب الأسود ينتهي به الأمر إلى أن يشكل ما لا يقل عن 1٪ من الكتلة الإجمالية للنظام.”
ويضيف هذا الاكتشاف المزيد من الغموض حول كيفية نمو الثقوب السوداء الهائلة، والتي يمكن أن تكون ضخمة بملايين (أو حتى مليارات) المرات مثل الشمس، إلى هذه الأحجام الضخمة خلال مهد الكون.
وقال جرين: “تم العثور الآن على العديد من الثقوب السوداء الهائلة الأخرى في الكون المبكر تظهر سلوكًا مشابهًا، مما يؤدي إلى بعض وجهات النظر المثيرة للاهتمام حول الثقب الأسود ونمو المجرة المضيفة، والتفاعل بينهما، وهو أمر غير مفهوم جيدًا”. .
قصص ذات الصلة:
– 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
– أول ثقب أسود تم تصويره على الإطلاق من قبل البشر يحتوي على مجالات مغناطيسية ملتوية والعلماء يشعرون بسعادة غامرة
اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عددًا كبيرًا من “النقاط الحمراء الصغيرة” بمرور الوقت. يمكن أن تشير هذه أيضًا إلى تغذية النجوم الزائفة الهائلة التي تعمل بالثقوب السوداء في الكون المبكر، مما قد يعني إمكانية حل لغز نمو الثقب الأسود المذهل قريبًا.
وخلص زيترين إلى القول: “بطريقة ما، هذا هو المعادل الفيزيائي الفلكي لمشكلة الدجاجة والبيضة”. “نحن لا نعرف حاليًا أيهما جاء أولاً: المجرة أم الثقب الأسود، وما مدى ضخامة الثقوب السوداء الأولى، وكيف نمت”.
نُشر بحث الفريق في 14 فبراير في مجلة Nature.