عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
(يسار): رسم توضيحي لثقب أسود هائل يتغذى. (يمين) “النقاط الحمراء” التي تم تحديدها في منطقة السماء المحيطة بالكوازار J1030. BiRD هو الجسم الموجود في المركز: وهو يبرز عن النقاط الحمراء الأخرى لأنه أقرب وبالتالي أكثر سطوعًا. | مصدر الصورة: إف. لوياكونو، ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، وكالة الفضاء الكندية
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، اكتشف علماء الفلك ثقبًا أسودًا هائلًا مفترسًا كان موجودًا خلال فترة من الكون تسمى “الظهيرة الكونية” والتي حدثت بعد حوالي 4 مليارات سنة من الانفجار الكبير. يمكن لهذا الاكتشاف أن يسلط المزيد من الضوء على لغز كيفية نمو الثقوب السوداء الهائلة إلى أحجام ملايين وحتى مليارات المرات من حجم الشمس.
هذا الثقب الأسود هو جزء من مجموعة من الأجسام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) تم اكتشاف ما يسمى بالكون المبكر “النقاط الحمراء الصغيرة“بقع غامضة من الضوء تم اكتشافها مؤخرًا بفضل عين الأشعة تحت الحمراء القوية بشكل لا يصدق لهذا التلسكوب الفضائي الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار. ومع ذلك، مع كتلته التي تعادل 100 مليون مرة كتلة الشمس، لا يوجد شيء “قليل” حقًا حول هذا الثقب الأسود على الإطلاق، حيث أطلق عليه فريق الاكتشاف اسم “BiRD”، والذي يرمز إلى Big Red Dot.
الثقوب السوداء لا تنبعث أي ضوء من تلقاء نفسها، بل في الواقع تحبس أي ضوء ساقط بسبب تأثير جاذبيتها الهائلة، ولكن عندما تكون هذه العمالقة الكونية محاطة بثروة من المادة التي تتغذى عليها، فإن هذه المادة والنفاثات المنبعثة من أقطاب الثقوب السوداء تخلق جسمًا واضحًا ومشرقًا للغاية يسمى الكوازار. يمكن رؤيتها من مسافات شاسعة. على سبيل المثال، كان الضوء الصادر من BiRD يسافر إلى أرض لمدة 10 مليار سنة.
وتم رصد BiRD في منطقة السماء حول منطقة معروفة سابقًا كوازار يُسمى J1030+0524 (J1030)، وهو في حد ذاته تغذية ثقب أسود هائل تقع على بعد حوالي 12.5 مليار سنة ضوئية من الأرض. تمت دراسة هذه المنطقة من السماء جيدًا من قبل علماء الفلك، بما في ذلك هذا الفريق، الذي ينحدر من المعهد الوطني للفيزياء الفلكية (INAF). ومع ذلك، أثناء التحليل الدقيق للصور والأطياف التي تم الحصول عليها باستخدام أداة كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) الخاصة بـ JWST، اكتشف فريق البحث مصدرًا غير عادي للضوء. نقطة مضيئة في الأشعة تحت الحمراء لم يتم الكشف عنها من قبل بواسطة الأشعة السينية والبيانات السابقة.
وقالت فيديريكا لوياكونو، قائدة الفريق وزميلة أبحاث INAF، في بيان مترجم من الإيطالية: “بدءًا من الصور المعايرة، تم تطوير كتالوج للمصادر الموجودة في هذا المجال. وهناك لاحظنا BiRD: جسم لامع يشبه النقطة، ومع ذلك، لم يكن نجمًا ولم يظهر في كتالوجات الأشعة السينية والراديو الحالية”. “لقد قمت بتحليل طيفه، الذي يخبرنا عن التركيب الكيميائي وبعض الخصائص الفيزيائية للجسم.”
وهذا ممكن لأن العناصر تمتص وتصدر الضوء بترددات محددة ومميزة. وهذا يعني أن العناصر تترك “بصماتها” في الأطوال الموجية للضوء، أو الأطياف.
وقال لوياكونو: “لقد وجدنا إشارات واضحة للهيدروجين – وخاصة الخط المسمى باشن غاما، وهو توقيع مضيء يكشف عن وجود الهيدروجين المتأين – والهيليوم، الذي يمكن رؤيته أيضًا في الامتصاص”. “هذه التفاصيل أتاحت لنا تقدير المسافة إلى BiRD، واكتشاف أنها قريبة نسبيًا منا مقارنة بمعظم النقاط الحمراء الصغيرة المعروفة حتى الآن. ومن تحليل طيف هذا المصدر أيضًا، تمكنا من تقدير كتلة الثقب الأسود المركزي: حوالي 100 مليون مرة كتلة الشمس”.
النقاط الحمراء الصغيرة عبارة عن أجسام مدمجة للغاية ذات خصائص طيفية غريبة. توجد العديد من النظريات المحتملة المحيطة بهذه الأجرام، بما في ذلك اقتراح حديث بأنها يمكن أن تكون فئة جديدة من الأجرام السماوية تسمى “نجوم الثقب الأسود”. تفترض إحدى النظريات السائدة أن النقاط الحمراء الصغيرة تغذي وتنمي الثقوب السوداء الهائلة. المشكلة في هذا المفهوم هي حقيقة أن المنطقة المحيطة بالثقوب السوداء المفترسة يجب أن تنبعث بقوة في منطقة الأشعة السينية من الطيف الكهرومغناطيسي، ولكن لا يبدو أن هذا هو الحال بالنسبة للنقاط الحمراء الصغيرة أو بالنسبة لـ BiRD.
أحد التفسيرات المحتملة لذلك هو أن النقاط الحمراء الصغيرة هي “بذور” الثقب الأسود الضخمة التي تنمو منها الثقوب السوداء الهائلة، وبالتالي لا تزال مغطاة بأغلفة سميكة من الغاز والغبار، وهي أغطية تمتص إشعاعات الأشعة السينية عالية الطاقة بينما تسمح لضوء الأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة بالمرور من خلالها.
ولكن حتى من بين النقاط الحمراء الصغيرة المعروفة، يعد BiRD مثالًا غريبًا.
وأوضح لوياكونو: “قبل BiRD، كانت هناك نقطتان أحمرتان صغيرتان فقط لهما نفس الخصائص الطيفية، بما في ذلك خطوط الهيليوم وأشعة غاما باشن، معروفة على نفس المسافة الكونية”. “بمقارنة الخصائص الطيفية لـ BiRD مع خصائص الاثنين الآخرين، وجدنا أوجه تشابه قوية: عرض الخطوط، والامتصاص، وكتلة الثقب الأسود، وكثافة الغاز متشابهة جدًا. وهذا قادنا إلى استنتاج أن BiRD ينتمي إلى نفس عائلة النقاط الحمراء الصغيرة.”
بالإضافة إلى اكتشاف BiRD، يمكن لهذا البحث أن يغير طريقة تفكير العلماء في النقاط الحمراء الصغيرة، وبالتالي نمو وتطور الثقوب السوداء فائقة الكتلة. كان يُعتقد سابقًا أن هذه الأجسام قد بدأت تختفي مع حلول الظهيرة الكونية منذ حوالي 11 مليار سنة. ومع ذلك، أجرى هذا الفريق عملية حسابية لتقدير وفرة النقاط الحمراء الصغيرة خلال الظهيرة الكونية، ووجد أنها لا تزال كثيرة خلال هذه الحقبة الكونية.
وخلص لوياكونو إلى أن “التحدي الآن هو توسيع نطاق الدراسة لتشمل عددًا أكبر من مناطق LRD القريبة، والتي يمكننا دراستها بتفصيل أكبر من تلك البعيدة، لبناء صورة أكثر اكتمالاً”. “لقد فتح تلسكوب جيمس ويب الفضائي حدودًا جديدة في الفيزياء الفلكية خارج المجرة، وكشف عن أشياء لم نكن نشك في وجودها، ونحن فقط في بداية هذه المغامرة.”
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (30 أكتوبر) في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.