اكتشفت وكالة ناسا ثقبًا أسود هائلًا هائلًا على بعد 13 مليار سنة ضوئية

• النمو الهائل هو مؤشر رئيسي الثقب الأسود – انبعاث الأشعة السينية – تم اكتشافه في مجرة ​​بعيدة جدًا.
• تبعد المجرة UHZ1 عنا 13.2 مليار سنة ضوئية، وقد شوهدت عندما كان عمر الكون 3% فقط من عمره الحالي.
• ناسامختبر شاندرا للأشعة السينية و تلسكوب جيمس ويب الفضائي وتضافرت جهودهم لتحقيق هذا الاكتشاف.
• ويعتبر هذا أفضل دليل على أن بعض الثقوب السوداء المبكرة تشكلت من سحب غازية ضخمة.

اكتشف علماء الفلك أبعد ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق بالأشعة السينية (يسمى UHZ1) باستخدام التلسكوبات الفضائية تشاندرا وويب. إن انبعاث الأشعة السينية هو علامة واضحة على وجود ثقب أسود فائق الكتلة. قد تفسر هذه النتيجة كيفية تشكل الثقوب السوداء الأولى فائقة الكتلة في الكون. تُظهر هذه الصور مجموعة المجرات Abel 2744، الواقعة خلف UHZ1، في الأشعة السينية القادمة من تشاندرا وبيانات الأشعة تحت الحمراء من الويب، بالإضافة إلى لقطات مقربة للمجرة المضيفة للثقب الأسود UHZ1. المصدر: الأشعة السينية: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán؛ الأشعة تحت الحمراء: ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية/وكالة الفضاء الكندية/STScI؛ معالجة الصور: ناسا/CXC/SAO/L. فراتير وك. أركاند

تلسكوبات ناسا تعثر على ثقب أسود قياسي

تكشف هذه الصورة عن أبعد ثقب أسود تم تحديده بواسطة الأشعة السينية، مما يلقي الضوء على تكوين أقدم الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الكون. تم هذا الاكتشاف باستخدام الأشعة السينية من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا (كما هو موضح باللون الأرجواني) وبيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (كما هو موضح باللون الأحمر والأخضر والأزرق).

المسافات النجمية والملاحظات

يقع الثقب الأسود الأبعد UHZ1 في اتجاه العنقود المجري أبيل 2744. وتبعد المجرة حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض. ومع ذلك، تكشف بيانات ويب أن UHZ1 أبعد بكثير من Abell 2744. على بعد حوالي 13.2 مليار سنة ضوئية، يمكن رؤية UHZ1 عندما يكون عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.

عدسة الجاذبية والكشف عن الأشعة السينية

باستخدام أكثر من أسبوعين من الملاحظات من تشاندرا، تمكن الباحثون من اكتشاف انبعاث الأشعة السينية من UHZ1، وهو ما يمثل علامة على وجود ثقب أسود هائل ينمو في مركز المجرة. إشارة الأشعة السينية باهتة جدًا لدرجة أن تشاندرا فقط هو الذي تمكن من اكتشافها – حتى مع هذه المراقبة الطويلة – بسبب ظاهرة تسمى عدسة الجاذبية التي تضاعف الإشارة أربع مرات.

تقنيات التصوير والتوجيه

تُظهر المناطق الأرجوانية في الصورة الأشعة السينية المنبعثة من الغاز شديد السخونة في Abel 2744. تُظهر صورة الأشعة تحت الحمراء مئات المجرات وبعض النجوم الأمامية. يتم تكبير الإدخالات إلى منطقة صغيرة تتمحور حول UHZ1. أصغر جسم في صورة ويب هو المجرة البعيدة UHZ1، ويظهر مركز صورة تشاندرا الأشعة السينية القادمة من الأجسام القريبة من الثقب الأسود الهائل في مركز UHZ1. إن الحجم الكبير لمصدر الأشعة السينية مقارنة بالنظرة تحت الحمراء للمجرة يعني أصغر حجم يمكن لشاندرا حله. تأتي الأشعة السينية في الواقع من منطقة أصغر بكثير من المجرة نفسها.

تم تطبيق تجانس مختلف على صورة Chandra ذات المجال الكامل وصورة Chandra القريبة. نظرًا لأنها لا تظهر مصادر أشعة سينية باهتة مثل UHZ1، فقد تم تنعيمها عبر عدة بكسلات للصورة الأكبر لتسليط الضوء على انبعاث الكتلة الخافتة. تم استخدام القليل جدًا من التخفيف في الصورة المقربة، لذلك تظهر مصادر الأشعة السينية الخافتة. تم توجيه الصورة بحيث تشير إلى 42.5 درجة إلى يمين الشمال العمودي.

التفسير: تشكل ثقب أسود ضخم نتيجة الانهيار المباشر لسحابة غازية ضخمة. مصدر الصورة: ناسا/STScI/ليا هوستاك

أهمية الاكتشاف

يعد هذا الاكتشاف مفتاحًا لفهم كيف يمكن لبعض الثقوب السوداء الهائلة – تلك التي تبلغ كتلتها مليارات الكتلة الشمسية والمقيمة في مراكز المجرات – أن تصل إلى كتل هائلة بعد الانفجار الكبير. هل تتشكل مباشرة من انهيار سحب الغاز الضخمة التي تشكل ثقوبًا سوداء تزن حوالي عشرة آلاف إلى مائة ألف شمس؟ أم أنها جاءت من انفجارات النجوم الأولى التي أنتجت ثقوبًا سوداء تزن عشرات إلى مائة شمس؟

نتائج البحث والآثار النظرية

وجد فريق من علماء الفلك دليلا قويا على أن الثقب الأسود المكتشف حديثا في UHZ1 ولد فائق الكتلة. واستنادًا إلى سطوع وطاقة الأشعة السينية، يقدرون أن كتلته تقع بين 10 و100 مليون شمس. هذا النطاق الكتلي هو نفسه نطاق جميع النجوم في المجرة التي تسكنها، في تناقض صارخ مع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات في الكون المجاور، والتي تحتوي عادةً على عُشر بالمائة فقط من كتلتها. كوكبة تستضيف النجوم.

إن الكتلة الكبيرة للثقب الأسود الشاب، وكمية الأشعة السينية التي ينتجها، وسطوع المجرة التي اكتشفها ويب، كلها تتوافق مع التنبؤات النظرية في عام 2017 بأن “الثقب الأسود الضخم” تشكل مباشرة من انهيار غاز عملاق. سحاب.

مواصلة البحث والتعاون

ويخطط الباحثون لاستخدام هذه النتائج وغيرها من خلال الجمع بين البيانات من تلسكوب ويب والتلسكوبات الأخرى لملء صورة أكبر للكون المبكر.

ستظهر ورقة تصف النتائج علم الفلك الطبيعي. من بين المؤلفين أجوس بوجدان (مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان)، آندي جولدينج (جامعة برينستون)، بريامفادا ناتاراجان (جامعة ييل) ، أورسوليا كوفاكس (جامعة ماساريك، جمهورية التشيك)، جرانت تريمبلاي (CFA)، أورميلا سادياموري (CfA)، مارتا فولونتيري (معهد الفيزياء الفلكية في باريس، فرنسا)، رالف كرافت (CfA)، ويليام فورمان (CfA)، كريستين جونز (CfA)، يوجين تشورازوف (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية، ألمانيا) و إيرينا جورافليفا (جامعة شيكاغو)

تعد بيانات الويب المستخدمة في كلا الورقتين جزءًا من مسح يسمى Ultradeep Nirspec وملاحظات nirCam قبل عصر إعادة التأين (UNCOVER). ستظهر ورقة بقيادة عضو فريق UNCOVER آندي جولدينج رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. يشمل المؤلفون المشاركون أعضاء آخرين في فريق UNCOVER، بوجدان وناتاراجان. هناك ورقة وصفية مفصلة تقارن الخصائص المرصودة لـ UHZ1 مع النماذج النظرية لمجرات الثقب الأسود الضخمة قيد المراجعة حاليًا ومطبوعة مسبقًا. هنا.

ملحوظات:

أجوس بوجدان، آندي د. جولدينج، بريامفادا ناتاراجان، أورسوليا إي. كوفاكس، جرانت ر. تريمبلاي، أورميلا سادياموري، مارتالموري، ر. ب. كروفت، ويليام ر. فورمان، كريستين جونز، يوجين تشوراسوف، وإرينا زورافليفا، 6 نوفمبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02111-9

أندي د. جولدينج، جيني إي. جرين، ديفيد ج. سيتون، إيفو لابي، “اكتشف: نمو الثقوب السوداء الضخمة الأولى من JWST/NIRSpec – تأكيد الانزياح الأحمر الطيفي للأشعة السينية Luminous AGN z = 10.1 Rachel Besanson, Tim P. ميلر، حكيم أديك، أجوس بوجدان، غابرييل برامر، إيرينا تشيمارينسكا، سام إي. كاتلر، براتيكا دايال، يوشينوبو فوتاموتو، سيجي فوجيموتو، لوكاس ج. فوردوك، فاسيلي كوكوريف، دي غوراف ليكيس، جورافلو جوجيس، بريامفادا ناتاراجان، إيريكا نيلسون، باسكال أ. أويش، ريتشارد بان، كيسي بابوفيتش، سيدونا هـ. برايس، بيتر فان دوكام، بينجزي وانج، وجون ر. ويفر، كاثرين إي. ويتاكر وآدي زيثرين، 22 سبتمبر 1999. رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/acf7c5

يدير مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا برنامج تشاندرا. يتحكم مركز تشاندرا للأشعة السينية التابع لمرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في العمليات العلمية من كامبريدج، ماساتشوستس وعمليات الطيران من بيرلينجتون، ماساتشوستس.

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي من أهم مختبرات علوم الفضاء في العالم. سيحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، ويستكشف العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. WEB هو مشروع دولي يقوده شركاء ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية.وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.