يلتقط تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقبًا أسودًا وحشيًا وهو يغفو بعد “الإفراط في تناول الطعام” في الكون المبكر

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

إن القيلولة بعد الإفراط في تناول الطعام هي معضلة سيكون الكثير منا محظوظين بمواجهتها في يوم عيد الميلاد. أظهر بحث جديد أنه منذ مليارات السنين، اضطرت بعض الثقوب السوداء المبكرة إلى القيلولة بعد الإفراط في تناول الطعام.

باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، اكتشف علماء الفلك ثقبًا أسود خاملًا هائلًا كان موجودًا بعد 800 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير. فقد هذا الوحش الكوني وعيه بعد تناول وجبة كبيرة من الغاز والغبار المجري.

الثقب الأسود غير عادي بالنسبة لحجمه الهائل. تبلغ كتلته حوالي 400 مليون مرة كتلة الشمس، وهو أضخم ثقب أسود يراه تلسكوب جيمس ويب الفضائي في بداية الكون. ويزيد هذا الاكتشاف، الذي نُشر يوم الأربعاء (18 ديسمبر) في مجلة Nature، من تعقيد لغز كيفية اكتساب الثقوب السوداء فائقة الكتلة لهذه السرعة بهذه السرعة في بداية الكون.

تبرز كتلة هذا الثقب الأسود الهائل أيضًا لأنه عندما يتم العثور على هؤلاء العمالقة الكونيين عادةً في الكون المحلي (والحديث)، فإنهم يمتلكون حوالي 0.1٪ من كتلة المجرة المضيفة. يمتلك هذا الثقب الأسود الهائل كتلة تعادل حوالي 40% من كتلة المجرة المضيفة له.

يتوقع العلماء أن يتغذى مثل هذا الثقب الأسود العملاق، وبالتالي ينمو. ومع ذلك، فإن هذا الثقب الأسود يلتهم الغاز بمعدل بطيء جدًا، حوالي جزء من مائة من الحد الأقصى للتراكم المحتمل لثقب أسود بهذا الحجم.

نظرًا لأن الثقوب السوداء لها حدود خارجية تسمى “آفاق الحدث” التي تحبس الضوء (وكل شيء آخر يمر عبرها)، إذا لم تغذي وتضيء هذه المادة بجشع، فإنها تميل إلى أن تكون غير مرئية.

عندما تكون محاطة بالمادة في سحابة مسطحة تسمى القرص التراكمي الذي يغذيها تدريجياً، فإن تأثير الجاذبية للثقوب السوداء فائقة الكتلة يسبب احتكاكاً هائلاً، مما يتسبب في توهج هذا المخزن الكوني. يتيح لنا هذا الانبعاث اكتشاف الثقوب السوداء الهائلة.

ومع ذلك، كان هذا الثقب الأسود الخامل مختلفًا. وذلك لأن كتلتها الهائلة منحتها تأثير جاذبية هائلًا جعلها مرئية.

وقال قائد الفريق إجناس جودباليس من معهد كافلي لعلم الكونيات في كامبريدج في بيان: “على الرغم من أن هذا الثقب الأسود خامل، إلا أن حجمه الهائل مكننا من اكتشافه”. المجرة كذلك.

“تمكن الكون المبكر من إنتاج بعض الوحوش المطلقة، حتى في المجرات الصغيرة نسبيا.”

لماذا تعتبر الثقوب السوداء الوحشية المبكرة مشكلة كبيرة؟

منذ أن بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي برصد الكون في عام 2022، اكتشفت الأداة القوية ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في مراحل مبكرة من الكون.

الثقوب السوداء الهائلة هي جبابرة كونية ذات كتل تعادل ملايين أو حتى مليارات الشموس. على عكس الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي تتشكل عندما تنهار النجوم الضخمة، يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تنمو عبر سلسلة من عمليات اندماج الثقوب السوداء الأكثر ضخامة لاحقًا ومن نظام غذائي ثابت من الغاز والغبار من المجرات المضيفة لها.

يُعتقد أن هذه العملية تستغرق أكثر من مليار سنة لإنشاء ثقب أسود هائل بكتلة حتى على المستوى الأدنى من هذه الكتل الوحشية. وهذا يعني أن اكتشاف ثقب أسود هائل في التاريخ الحديث لكوننا البالغ من العمر 13.8 مليار سنة ليس مشكلة.

ومع ذلك، فإن العثور على هؤلاء العمالقة الكونيين بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي عندما كان عمر الكون أصغر من مليار سنة، وأحيانًا بعد 600 مليون سنة من الانفجار الكبير، يمثل مشكلة. إن الحجم الهائل لهذا الثقب الأسود المبكر وحقيقة أنه لا ينمو بسرعة عن طريق التغذية يجعل هذه المشكلة أكثر إرباكًا.

وقال روبرتو مايولينو، عضو الفريق والباحث في كافلي: “من الممكن أن تكون الثقوب السوداء قد وُلدت كبيرة، وهو ما يمكن أن يفسر سبب اكتشاف تلسكوب جيمس ويب الفضائي لثقوب سوداء ضخمة في الكون المبكر”. “لكن الاحتمال الآخر هو أنهم يمرون بفترات من النشاط الزائد، تليها فترات طويلة من السكون.”

تدفعها الثقوب السوداء إلى ما هو أبعد من الحد الأقصى للتغذية الزائدة

أعاد مايولينو وزملاؤه النظر في مشكلة الثقوب السوداء الهائلة في بداية الكون من خلال إجراء عمليات محاكاة لآليات نموها. ووجد الفريق أن التفسير الأكثر ترجيحًا هو أن الثقوب السوداء يمكن أن تتجاوز لفترة وجيزة الحد المحدد للتراكم.

يُعرف غطاء التغذية هذا باسم “حد إدنجتون”. فهو يشير إلى أن أي جرم سماوي يتراكم بنهم سيصل إلى النقطة التي عندها يقوم الإشعاع الذي يضخه تغذيته بدفع المواد بعيدًا، مما يؤدي إلى قطع إمداداته الغذائية.

يعتقد هذا الفريق أن الثقوب السوداء المبكرة يمكن أن تشهد موجات من الإفراط في التغذية أو “تراكم إدينجتون الفائق”. خلال هذه الفترات، كانت الثقوب السوداء الجشعة تنمو بمعدلات شديدة التسارع. وهذا من شأنه أن يستمر لمدة تتراوح بين 5 و10 ملايين سنة، وبعد ذلك سوف “يغفو” الثقب الأسود لمدة 100 مليون سنة.

وقال مايولينو: “يبدو من غير البديهي تفسير وجود ثقب أسود خامل مع فترات من النشاط الزائد، ولكن هذه الانفجارات القصيرة تسمح له بالنمو بسرعة بينما يقضي معظم وقته في القيلولة”.

تستمر فترة سكون هذه الثقوب السوداء 10 إلى 20 مرة أطول من مرحلة تراكم إدينجتون الفائق، مما يعني أن علماء الفلك أكثر عرضة للقبض على هؤلاء العمالقة الكونيين أثناء وقت قيلولتهم أكثر من وقت العشاء.

يعد اكتشاف هذا الثقب الأسود العملاق بمثابة اختراق لهذه النظرية.

قصص ذات صلة:

– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة

– ألمع كوازار على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”

– نفث بحجم المجرة من ثقب أسود وحشي ينفجر جسمًا غامضًا في الفضاء السحيق (فيديو)

قد يكون هذا الثقب الأسود الوحشي المبكر مجرد قمة جبل الجليد، حيث يشتبه الفريق في أن الكون المبكر يمكن أن يكون مليئًا بهذه العمالقة النائمين. ولسوء الحظ، فإن الطبيعة الخاملة لهذه الوحوش ستجعل من الصعب على علماء الفلك اكتشافها.

واختتم مايولينو حديثه قائلاً: “من المحتمل أن الغالبية العظمى من الثقوب السوداء الموجودة في هذه الحالة الخاملة – أنا مندهش لأننا وجدنا هذا، لكنني متحمس للاعتقاد بأن هناك الكثير من الثقوب السوداء التي يمكن أن نجدها”.