لقد خرقت الثقوب السوداء الهائلة قوانين الفيزياء لتنمو إلى أحجام هائلة

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

وجد العلماء أدلة على أن الثقوب السوداء التي كانت موجودة بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير ربما تحدت قوانين الفيزياء لتنمو إلى أحجام هائلة. يمكن لهذا الاكتشاف أن يحل أحد أكثر الألغاز إلحاحًا في علوم الفضاء: كيف نمت الثقوب السوداء الهائلة في بداية الكون إلى هذا الحد وبهذه السرعة؟

توجد ثقوب سوداء هائلة الكتلة تبلغ كتلتها ملايين، أو حتى مليارات المرات، كتلة الشمس في قلوب جميع المجرات الكبيرة. ويُعتقد أنها تنمو من سلسلة من عمليات الاندماج بين الثقوب السوداء التي تكبر تدريجيًا، وكذلك في بعض الأحيان من خلال التغذية بالمادة المحيطة بها. تتسبب مثل هذه الثقوب السوداء المغذية فائقة الكتلة في توهج المواد المحيطة بها (في السحب المسطحة التي تسمى “أقراص التراكم”) بشكل ساطع بحيث يمكن رؤيتها على مسافات شاسعة. ويشار إلى هذه الأجسام الساطعة باسم “الكوازارات” ويمكن أن تتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في المجرات التي تعيش فيها.

ومع ذلك، يُعتقد أن العمليات التي تسمح للثقوب السوداء بالوصول إلى “حالة فائقة الكتلة” تحدث على فترات زمنية تزيد عن مليار سنة أو نحو ذلك – وهذا يعني رؤية النجوم الزائفة فائقة الكتلة التي تعمل بالثقوب السوداء بعد 500 مليون سنة أو نحو ذلك بعد الانفجار الكبير، كما قال جيمس جيمس. يشكل تلسكوب ويب الفضائي (JWST) مشكلة هائلة (أو حتى مشكلة فائقة الضخامة؟) يتعين على العلماء معالجتها.

لحل هذا اللغز، استخدم فريق من الباحثين تلسكوبي XMM-Newton وChandra الفضائيين لفحص 21 من أقدم النجوم الزائفة التي تم اكتشافها على الإطلاق في ضوء الأشعة السينية. ما وجدوه هو أن هذه الثقوب السوداء الهائلة، والتي من الممكن أن تكون قد تشكلت خلال حقبة عالمية مبكرة تسمى “الفجر الكوني” يمكن أن تنمو بسرعة إلى كتل هائلة عبر دفعات من التغذية المكثفة، أو “التراكم”.

يمكن أن تفسر النتائج في نهاية المطاف كيفية وجود الثقوب السوداء الهائلة كنجوم زائفة في الكون المبكر.

“يشير عملنا إلى أن الثقوب السوداء الهائلة في مراكز النجوم الزائفة الأولى التي تشكلت في المليار سنة الأولى من عمر الكون ربما زادت كتلتها بسرعة كبيرة، متحدية حدود الفيزياء” أليسيا تورتوسا، التي قادت البحث و وقال أحد العلماء في المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF) في بيان.

إن التغذية السريعة التي يبدو أن هذه الثقوب السوداء فائقة الكتلة قد انغمست فيها تعتبر مخالفة للقانون بسبب قاعدة تسمى “حد إدنجتون”.

الجواب هو في مهب الريح

يقول حد إدينغتون إنه بالنسبة لأي جسم في الفضاء يقوم بتجميع المادة، هناك أقصى سطوع يمكن الوصول إليه قبل أن يتغلب الضغط الإشعاعي للضوء المتولد على الجاذبية ويجبر المواد على الابتعاد، مما يمنع تلك المواد من السقوط في الجسم المتراكم.

بمعنى آخر، ينبغي للثقب الأسود الذي يتغذى بسرعة أن يولد الكثير من الضوء من محيطه بحيث يقطع إمداداته الغذائية ويوقف نموه.

تشير النتائج التي توصل إليها هذا الفريق إلى أنه يمكن تحديد حد إدينغتون، وأن الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تدخل مرحلة “تراكم إدينغتون الفائق”. وجاء الدليل على هذه النتيجة من الارتباط بين شكل طيف الأشعة السينية المنبعثة من هذه الكوازارات وسرعة الرياح القوية للمادة التي تهب منها، والتي يمكن أن تصل إلى آلاف الأميال في الثانية.

يشير هذا الارتباط إلى وجود صلة بين سرعات رياح الكوازار ودرجة حرارة الغاز الذي ينبعث من الأشعة السينية الموجود بالقرب من الثقب الأسود المركزي المرتبط بذلك الكوازار تحديدًا. ويبدو أن الكوازارات التي تصدر أشعة سينية منخفضة الطاقة، وبالتالي غازات أكثر برودة، تمتلك رياحًا أسرع حركة. ومن ناحية أخرى، يبدو أن النجوم الزائفة للأشعة السينية عالية الطاقة لها رياح أبطأ في الحركة.

ونظرًا لأن درجة حرارة الغاز القريبة من الثقب الأسود مرتبطة بالآليات التي تسمح له بتراكم المادة، فإن هذا الوضع يشير إلى مرحلة إدينجتون الفائقة للثقوب السوداء فائقة الكتلة، والتي تتغذى خلالها بشكل مكثف، وبالتالي تنمو بسرعة. وهذا يمكن أن يفسر كيف ظهرت الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر قبل أن يبلغ عمر الكون مليار سنة.

وقال تورتوسا: “إن اكتشاف هذا الارتباط بين انبعاث الأشعة السينية والرياح أمر بالغ الأهمية لفهم كيفية تشكل هذه الثقوب السوداء الكبيرة في مثل هذا الوقت القصير، وبالتالي يقدم دليلاً ملموسًا لحل أحد أعظم ألغاز الفيزياء الفلكية الحديثة”.

قصص ذات صلة:

— هل ساعدت المادة المظلمة الثقوب السوداء على النمو إلى أحجام هائلة في الكون الوليد؟

– يمكن للثقوب السوداء المتصادمة أن تختبئ في ضوء النجوم الزائفة فائقة السطوع

– تم رصد ثقبين أسودين مندمجين هائلين عند “الظهيرة الكونية” في بداية الكون

تم جمع بيانات XMM-Newton التي استخدمها الفريق بين عامي 2021 و2023 كجزء من برنامج التراث XMM-Newton متعدد السنوات، الذي يديره الباحث في INAF لوكا زاباكوستا، ومشروع HYPERION، الذي يهدف إلى دراسة الكوازارات شديدة الإضاءة عند الفجر الكوني. من الكون.

“بالنسبة لبرنامج HYPERION، ركزنا على عاملين رئيسيين: من ناحية، الاختيار الدقيق للكوازارات المراد مراقبتها، واختيار العمالقة، أي تلك التي راكمت أكبر كتلة ممكنة، ومن ناحية أخرى، المتعمقة وقال زاباكوستا في البيان: “دراسة خصائصها في الأشعة السينية، لم تتم تجربتها من قبل على العديد من الأجسام عند الفجر الكوني”. “إن النتائج التي حصلنا عليها غير متوقعة حقًا، وتشير جميعها إلى آلية نمو فائقة من نوع إدينجتون للثقوب السوداء.

“أود أن أقول أننا فزنا بالجائزة الكبرى!”

نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (20 نوفمبر) في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.