يمكن لثقب أسود نادر تبلغ كتلته مليار مرة كتلة الشمس أن يقلب فهمنا لتشكيل المجرات
تم العثور على ثقب أسود هائل نادر مختبئًا في فجر الكون يمكن أن يشير إلى وجود آلاف من الوحوش المفترسة التي تطارد الكون المبكر أكثر مما اعتقد العلماء – وعلماء الفلك ليسوا متأكدين من السبب.
يبلغ حجم الثقب الأسود البدائي حوالي مليار ضعف كتلة شمسنا وتم العثور عليه في مركز المجرة COS-87259. تشكلت المجرة القديمة بعد 750 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم وتم رصدها بواسطة مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية (ALMA) ، وهو مرصد راديوي في تشيلي ، في بقعة صغيرة من السماء أقل من 10 أضعاف حجم البدر.
كان الثقب الأسود سريع النمو محجوبًا تحت عباءة من غبار النجوم المضطرب ، وهو يستهلك جزءًا من قرص تراكم المواد المدارية بينما يقذف بقايا الطعام في طائرة تسير بسرعة تقترب من سرعة الضوء. يبدو أن الثقب الأسود الوحشي في مرحلة وسيطة نادرة من النمو ، في مكان ما بين مجرة متكونة من النجوم ومغبرة وثقب أسود ضخم متوهج يسمى الكوازار.
يقترح الباحثون أن العملاق الكوني يمكن أن يكون مجرد واحد من آلاف الثقوب السوداء الكبيرة التي لا يمكن تفسيرها والتي تكمن تحت الغطاء السحابي للكون المبكر. نشروا اكتشافهم في 24 فبراير في المجلة الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
متعلق ب: العثور على ثقب أسود هارب بحجم 20 مليون شمس مسرعة عبر الفضاء خلفه وراءه نجوم حديثة الولادة
“بصراحة ، شرح وجود حوالي 15 نجمًا زائفًا مضيئًا في وقت مبكر جدًا [from the same time period as COS-87259] كان تحديًا كبيرًا لعلم الفلك خارج المجرة نظرًا لضيق الوقت المتاح لتكوين مثل هذا الثقب الأسود الهائل منذ الانفجار العظيم “، وفقًا لمؤلف الدراسة الرئيسي ريان إندسلي (يفتح في علامة تبويب جديدة)، عالم فلك في جامعة تكساس ، أوستن ، قال لـ Live Science. “إذا كانت الثقوب السوداء المبكرة ذات الكتلة المليارية من الطاقة الشمسية أكثر شيوعًا بآلاف المرات مما كنا نعتقد في الأصل (كما توحي به اكتشافنا ، إلا إذا افترضت أننا كنا محظوظين بشكل لا يصدق) ، فإن هذا يؤدي إلى تفاقم المشكلة أكثر.”
لغز هائل
تولد الثقوب السوداء من انهيار النجوم العملاقة وتنمو عن طريق التهام الغاز والغبار والنجوم وغيرها من الثقوب السوداء في المجرات المكونة للنجوم التي تحتوي عليها. إذا نمت بشكل كبير بما فيه الكفاية ، فإن الاحتكاك يتسبب في تسخين المادة الحلزونية في أكواخ الثقوب السوداء ، وتتحول إلى أشباه النجوم – تتخلص من شرانقها الغازية مع انفجارات من الضوء تصل إلى تريليون مرة أكثر سطوعًا من النجوم الأكثر سطوعًا.
نظرًا لأن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة عبر فراغ الفضاء ، فكلما نظر العلماء إلى الكون بشكل أعمق ، زاد الضوء الذي يعترضونه وعادوا بالزمن إلى الوراء. اقترحت المحاكاة السابقة لـ “الفجر الكوني” – الحقبة التي تشمل المليار سنة الأولى من الكون – أن السحب المتصاعدة من الغاز البارد ربما تكون قد اندمجت في نجوم عملاقة محكوم عليها بالانهيار السريع ، مكونة ثقوبًا سوداء. مع نمو الكون ، ربما تكون تلك الثقوب السوداء الأولى قد اندمجت بسرعة مع الثقوب السوداء الأخرى لزرع ثقوب سوداء فائقة الكتلة في جميع أنحاء الكون.
لكن كيف أدت هذه الظروف الفوضوية إلى إنشاء العديد من الثقوب السوداء الهائلة هو لغزا. وهو أمر يتعمق بفعل احتمالية أن يكون عدد الوحوش بالآلاف عندما وصل الكون إلى 5٪ فقط من عمره الحالي. ورقة مراجعة واحدة (يفتح في علامة تبويب جديدة) وقد اقترح أن النجوم الزائفة الكبيرة الساطعة هي أسهل الثقوب السوداء التي يمكن رؤيتها ، لذا فهي على الأرجح “قمة الجبل الجليدي” للوحوش المختبئة في الكون الشاب.
يمكن أن تشير الإجابة على هذا اللغز إلى وجود ثغرة في فهمنا لتشكيل المجرات في بدايات الكون. في 22 فبراير ، اكتشفت مجموعة أخرى من علماء الفلك الذين قاموا بتحليل البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي مجموعة من ستة مجرات عملاقة – تتراوح أعمارهم بين 500 إلى 700 مليون سنة بعد الانفجار العظيم – كانت ضخمة جدًا لدرجة أنها كانت في حالة توتر مع 99 ٪ من النماذج الكونية.
قد يكمن تفسير محتمل في الكمية والنشاط المحموم للسحب “النجمية” الكثيفة حيث تولدت الثقوب السوداء الأولى. على سبيل المثال ، في أبريل 2022 ، اكتشف اكتشاف ثقب أسود آخر سريع النمو وسريع الانتقال يسمى GNz7q في مجرة انفجار نجمي في نفس عمر COS-87259 ، أظهر أن المجرة كانت تقدم نجومًا طازجة مخبوزة بسرعة 1600 مرة أسرع مما تفعله مجرة درب التبانة اليوم. يطبخ COS-87259 بمعدل أبطأ قليلاً من 1000 مرة من مجرة درب التبانة الحالية ، ومع ذلك فإن ثقبه الأسود أكبر بمقدار 20 مرة من كتلة GNz7q.
قال إندسلي: “كان اكتشاف كل من COS-87259 و GNz7q خلال العام الماضي مفاجئًا للغاية ويدفعنا حقًا إلى التساؤل عن كيفية فهم ذلك من وجهة نظر فهم النمو المبكر جدًا للثقب الأسود الهائل”.
