رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) الضوء الصادر من النجوم المحيطة ببعض أقدم الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الكون، وقد تم رصد الثقوب السوداء بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير.
تتناول الملاحظات التي أجراها فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) مسألة كيفية نمو هذه العمالقة الكونية، الموجودة في قلب المجرات، إلى كتل هائلة تعادل ملايين (وأحيانًا مليارات) الشموس. وبشكل أكثر تحديدا، كيف نمت بهذه السرعة؟ قد تجيب النتائج على اللغز: ما الذي جاء أولاً، المجرة أم الثقب الأسود الهائل؟
إن الثقوب السوداء الهائلة التي لاحظها فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تلتهم المواد المحيطة بها بشكل نهم، مما يخلق قوى مد هائلة في قرص من المادة يسمى القرص التراكمي، مما يتسبب في توهج القرص نفسه. يغذي هذا الغلاف الجوي الأجسام التي تسمى النجوم الزائفة والتي تقع في قلب المجرات النشطة. تعد النجوم الزائفة من أكثر الأجسام سطوعًا في الكون، وبعضها شديد السطوع لدرجة أنها تتفوق على اللمعان المشترك لكل نجم في المجرات المحيطة.
يكتنف الغموض أيضًا الثقوب السوداء الهائلة، عندما تم اكتشافها لأول مرة قبل مليار سنة في تاريخ الكون الذي يبلغ 13.8 مليار سنة. وذلك لأن عملية الاندماج المستمر للثقوب السوداء، والتي يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة تنمو بمرور الوقت، تستغرق مليارات السنين لتستمر. فكيف يمكن لهذه الفراغات العملاقة أن توجد بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير؟
أحد الاقتراحات هو أنها تنشأ مما يسمى بالثقوب السوداء “البذور الثقيلة”.
متعلق ب: تشير نظرة جديدة إلى الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز درب التبانة إلى وجود ميزة مخفية رائعة
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمراقبة الضوء الخافت الصادر عن النجوم في المجرات المضيفة لستة أشباه نجوم قديمة، جمع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أدلة، لأول مرة، على أن الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر نمت بالفعل من بذور ثقيلة.
وقالت آنا كريستينا إيلرز، عضو الفريق وأستاذ الفيزياء المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “كانت هذه الثقوب السوداء أكبر بمليارات المرات من كتلة الشمس، عندما كان الكون لا يزال في بداياته”. قال في بيان. “تشير نتائجنا إلى أن الثقوب السوداء فائقة السرعة ربما اكتسبت كتلتها في الكون المبكر، قبل أن تفعل المجرات المضيفة لها، وأن بذور الثقب الأسود الأولية ربما كانت أكبر بكثير مما هي عليه اليوم.”
الذي جاء أولا؟ ثقب أسود أم مجرته؟
تم اكتشافه في ستينيات القرن الماضي، وكان يُعتقد في البداية أن السطوع الشديد للكوازارات ينشأ من نقطة تشبه النجم. أدى هذا إلى ظهور اسم “الكوازار”، وهو عبارة عن مادة “شبه نجمية”. ومع ذلك، سرعان ما اكتشف الباحثون أن النجوم الزائفة تنتج في الواقع من تراكم كميات هائلة من المواد في الثقوب السوداء الهائلة في قلوب المجرات.
ومع ذلك، فإن هذه الأجسام محاطة بنجوم، وهي خافتة جدًا ويصعب مراقبتها. وذلك لأن ضوء النجوم هذا يُغسل بواسطة الضوء الساطع القادم من النجوم الزائفة التي تدور حولها. لذا، فإن فصل الضوء عن النجوم الزائفة والضوء عن النجوم المحيطة بها لا يختلف عن رؤية الضوء الصادر عن اليراعات الموجودة على منارة على بعد ميل واحد.
إن قدرات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، إلى جانب حساسيته العالية ودقة وضوحه، تجعل هذا التحدي أقل صعوبة من أي تلسكوب سابق. وهكذا، تمكن فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من مراقبة الضوء الذي ينتقل إلى الأرض من ستة أشباه نجوم في المجرات القديمة لمدة 13 مليار سنة تقريبًا.
وقال عضو الفريق مينغهاو يو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إن الكوازار يجعل مجرته المضيفة تبدو قزمة بمقاييس من حيث الحجم. والصور السابقة ليست حادة بما يكفي لتمييز شكل المجرة المضيفة مع كل نجومها”. . “الآن، ولأول مرة، أصبحنا قادرين على الكشف عن الضوء الصادر عن هذه النجوم من خلال أخذ عينات دقيقة جدًا من صور تلسكوب جيمس ويب الفضائي الحادة جدًا لتلك النجوم الزائفة.”
تتضمن بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي قياسات لانبعاثات الضوء لكل من النجوم الزائفة الستة عبر نطاق من الأطوال الموجية. يتم بعد ذلك إدخال هذه المعلومات في نموذج حاسوبي يصف مقدار هذا الضوء الذي يمكن إرجاعه إلى مصدر نقطي صغير – القرص التراكمي حول الثقب الأسود – والنجوم المنتشرة حول المجرة. .
ومن خلال تقسيم الضوء إلى مصدرين، تمكن الفريق من استنتاج كتل كلا العنصرين في هذه المجرات. وكشف هذا أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة لها كتل تعادل حوالي 10% من كتلة النجوم المحيطة بها.
في حين أن هذا قد يبدو وكأنه تباين كبير لصالح النجوم، ضع في اعتبارك أنه في المجرات الحديثة، تمتلك الثقوب السوداء المركزية فائقة الكتلة حوالي 0.1٪ فقط من كتلة النجوم في المجرات المحيطة بها.
“هذا يخبرنا عن النمو أولا: هل ينمو الثقب الأسود أولا، ثم تلحق به المجرة؟ أم أن المجرة ونجومها تنمو أولا، وهل تهيمن وتتحكم في نمو الثقب الأسود؟” قال إيلرز. “نرى أن الثقوب السوداء في بداية الكون تنمو بشكل أسرع من المجرات المضيفة لها.
“هذا دليل مبدئي على أن بذور الثقب الأسود البدائي ربما كانت ضخمة في ذلك الوقت.”
واختتم يو حديثه قائلاً: “بعد بداية الكون، كانت هناك ثقوب سوداء أولية استهلكت المادة ونمت في فترة زمنية قصيرة جدًا. وأحد الأسئلة الكبيرة هو فهم كيف تنمو تلك الثقوب السوداء الهائلة بشكل كبير وبسرعة كبيرة”. “خلال تلك المليار سنة الأولى، لا بد أن الثقب الأسود كان لديه آلية ما لاكتساب كتلته في وقت أبكر من المجرة المضيفة له.
“هذا هو الدليل الأول الذي نراه على هذا، وهو أمر مثير.”
يتم نشر نتائج الفريق مجلة الفيزياء الفلكية.
