قد يكون الثقب الأسود العملاق من بقايا فجر الكون

قد يكون الثقب الأسود الهائل بشكل غير عادي في بداية الكون نوعًا من الثقب الأسود الغريب الذي لا يحتوي على نجوم، والذي تم وضع نظريته لأول مرة بواسطة ستيفن هوكينج.

في أغسطس، اكتشف بويوان ليو – من جامعة كامبريدج – وزملاؤه مجرة ​​غريبة تعود إلى 13 مليار سنة مضت، تسمى Abell 2744-QSO1، باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). وبدا أن المجرة تحتوي على ثقب أسود هائل تبلغ كتلته نحو 50 مليون مرة كتلة الشمس، لكنها كانت خالية تماما من النجوم.

يقول ليو: “هذا لغز، لأن النظرية التقليدية تقول إنك تكوّن النجوم أولاً، أو مع الثقوب السوداء”. يُعتقد عادةً أن الثقوب السوداء تتشكل من نجوم ضخمة للغاية عندما ينفد وقودها وتنهار.

أجرى ليو وفريقه بعض عمليات المحاكاة الأساسية، التي أظهرت أن QSO1 كان من الممكن أن يبدأ كثقب أسود بدائي، وهو جسم غريب طرحه لأول مرة الفيزيائيان ستيفن هوكينج وبرنارد كار في عام 1974. وبدلاً من أن تتشكل من نجم، فمن الممكن أن تكون هذه الأجسام قد اندمجت من التقلبات في كثافة الكون بعد وقت قصير من الانفجار الأعظم.

من المفترض أن تكون الثقوب السوداء البدائية قد تبخرت واختفت إلى حد كبير بحلول الوقت الذي يمكننا أن نعود فيه إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي، ولكن هناك احتمال أن يكون بعضها قد نجا ونما إلى ثقوب سوداء أكبر بكثير، مثل QSO1.

في حين أن حسابات ليو وفريقه تطابقت تقريبًا مع ملاحظاتهم، إلا أنها كانت بسيطة، ولم تأخذ في الاعتبار التفاعل المعقد بين الثقوب السوداء البدائية وسحب الغاز والنجوم.

الآن، أجرى ليو وفريقه عمليات محاكاة أكثر تفصيلاً لكيفية نمو الثقوب السوداء البدائية في مئات الملايين من السنين الأولى من عمر الكون. لقد حسبوا كيفية دوران الغاز حول ثقب أسود بدائي صغير، وكذلك كيفية تفاعل النجوم المتكونة حديثًا والنجوم المحتضرة معه.

وتتطابق توقعاتهم بشأن الكتلة النهائية للثقب الأسود والعناصر الأثقل فيه مع ما لاحظوه بالنسبة لـ QSO1.

يقول ليو: “إن هذا ليس حاسما، لكنه احتمال مثير للاهتمام ونوع من الأهمية”. “مع هذه الملاحظات الجديدة هذا طبيعي [black hole formation] ونظرياتنا تكافح من أجل إعادة إنتاجها، فإن احتمال وجود ثقوب سوداء بدائية ضخمة في الكون المبكر يصبح أكثر قبولا.

تُظهر عمليات المحاكاة أن الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تكون في الواقع مصدرًا صالحًا لـ QSO1، كما يقول روبرتو مايولينو من جامعة كامبريدج، والذي كان جزءًا من الفريق الذي اكتشف الثقب الأسود في الأصل. “إن حقيقة تمكنهم من مطابقة خصائص QSO1، سواء من حيث كتلة الثقب الأسود أو الكتلة النجمية أو الإثراء الكيميائي، أمر مثير للاهتمام ومشجع للغاية.”

ومع ذلك، فإن أكبر الثقوب السوداء الهائلة في محاكاة الثقوب السوداء البدائية القياسية تميل إلى أن تكون حوالي مليون كتلة شمسية، كما يقول مايولينو. يقول: “نحن هنا أضخم بـ 50 مرة”. “ومع ذلك، فمن المتوقع أن تكون هذه الثقوب السوداء البدائية متجمعة بقوة، ولذا فمن المحتمل أنها تمكنت من الاندماج لتصبح بسرعة أكبر بكثير.”

هناك مشكلة أخرى وهي أن الثقوب السوداء البدائية يجب أن تتطلب انفجارًا من الإشعاع عالي الطاقة حتى تنهار وتتشكل في البداية، مثل نجم منفجر قريب، لكننا لا نرى أي مصادر محتملة في أي مكان قريب من QSO1، كما يقول مايولينو.

أسرار الكون: شيشاير، إنجلترا

اقضِ عطلة نهاية الأسبوع مع بعض ألمع العقول في العلوم، بينما تستكشف أسرار الكون في برنامج مثير يتضمن رحلة لرؤية تلسكوب لوفيل الشهير.