ماذا حدث لجميع الثقوب السوداء الهائلة؟ فاجأ علماء الفلك ببيانات ويب

وجدت دراسة بحثية باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي أن نوى المجرات النشطة، والثقوب السوداء الهائلة التي تنمو بسرعة، أقل شيوعًا مما كان يعتقد سابقًا. يشير هذا الاكتشاف إلى كون أكثر استقرارًا ويوفر نظرة ثاقبة للمجرات الباهتة والتحديات في تحديد هذه النوى.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي يكشف المسح عن عدد أقل من الثقوب السوداء الهائلة مما كان مفترضًا

كشفت دراسة استقصائية أجرتها جامعة كانساس لرقعة من الكون باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، عن نوى مجرية نشطة – ثقوب سوداء فائقة الكتلة تتزايد بسرعة في الحجم – وهي نادرة أكثر مما افترضه العديد من علماء الفلك سابقًا.

تشير النتائج، التي تم التوصل إليها باستخدام أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) الخاصة بـ JWST، إلى أن كوننا قد يكون أكثر استقرارًا قليلاً مما كان مفترضًا. يقدم العمل أيضًا نظرة ثاقبة لملاحظات المجرات الخافتة وخصائصها والتحديات في تحديد AGN.

تفاصيل الدراسة

تم توفير ورقة جديدة تتضمن تفاصيل بحث JWST، والتي أجريت تحت رعاية برنامج علوم الإصدار المبكر للتطور الكوني (CEERS)، متاحة مؤخرًا على arXiv قبل نشر مراجعة النظراء الرسمية في ال مجلة الفيزياء الفلكية.

ركز العمل، الذي ترأسته أليسون كيركباتريك، الأستاذ المساعد في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة الكويت، على منطقة تمت دراستها منذ فترة طويلة من الكون يطلق عليها اسم شريط جروث الممتد، وتقع بين كوكبتي Ursa Major وBoötes. ومع ذلك، اعتمدت الفحوصات السابقة للمنطقة على جيل أقل قوة من التلسكوبات الفضائية.

وقال كيركباتريك: “تم إجراء ملاحظاتنا في يونيو وديسمبر الماضيين، وكنا نهدف إلى وصف كيف تبدو المجرات خلال ذروة تكوين النجوم في الكون”. “هذه نظرة إلى الوراء في الزمن من 7 إلى 10 مليارات سنة في الماضي. استخدمنا أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي للنظر إلى الغبار الموجود في المجرات التي كانت موجودة منذ 10 مليارات سنة في الماضي، ويمكن لهذا الغبار أن يخفي عملية تكوين النجوم المستمرة، ويمكنه إخفاء الثقوب السوداء الهائلة المتنامية. لذلك قمت بإجراء أول مسح للبحث عن هذه الثقوب السوداء الهائلة الكامنة في مراكز هذه المجرات.

نعرض MIRI يشير إلى 1 (اللوحة اليمنى) جنبًا إلى جنب مع ملاحظات Spitzer/IRAC (الأوسط) وMIPS (يسار)
نفس المنطقة. تُظهر الفتحات موقع المصادر المكتشفة في كل صورة (منطقة MIRI فقط). بالنسبة لـ MIPS (IRAC)
في الصورة، يبلغ حجم الفتحات 6 بوصات (2 بوصة)، وهو ما يتوافق مع حجم شعاع الجهاز. في صورة IRAC، يتوافق اللون الأزرق مع القناة
1 (3.6 ميكرومتر)، والأخضر يتوافق مع القناة 2 (4.5 ميكرومتر)، والأحمر يتوافق مع القناة 3 (5.8 ميكرومتر). في صورة MIRI، يكون مرشح 770W باللون الأزرق، وF1000W باللون الأخضر، وF1280W باللون الأحمر. الائتمان: كيركباتريك وآخرون، أرخايف:2308.09750

النتائج والتداعيات

بينما تتميز كل مجرة ​​بوجود كتلة هائلة الثقب الأسود وفي المنتصف، توجد نوى نشطة أكثر إثارة، وهي عبارة عن اضطرابات أكثر إثارة تجذب الغازات وتظهر لمعانًا غائبًا عن الثقوب السوداء النموذجية.

توقع كيركباتريك والعديد من زملائه علماء الفيزياء الفلكية أن المسح عالي الدقة الذي أجراه تلسكوب جيمس ويب الفضائي سيحدد مواقع العديد من المجرات النشطة النشطة مقارنة بالمسح السابق الذي أجري باستخدام تلسكوب سبيتزر الفضائي. ومع ذلك، حتى مع تعزيز MIRI في القوة والحساسية، تم العثور على عدد قليل من AGN الإضافية في الاستطلاع الجديد.

وقال كيركباتريك: “بدت النتائج مختلفة تماما عما كنت أتوقعه، مما أدى إلى أول مفاجأة كبيرة لي”. “أحد الاكتشافات المهمة كان ندرة الثقوب السوداء فائقة الكتلة سريعة النمو. أثار هذا الاكتشاف تساؤلات حول مكان وجود هذه الأشياء. وكما اتضح، من المحتمل أن تنمو هذه الثقوب السوداء بوتيرة أبطأ مما كان يعتقد سابقًا، وهو أمر مثير للاهتمام، نظرًا لأن المجرات التي فحصتها تشبه مجرتنا. درب التبانة من الماضي. لقد سمحت لنا الملاحظات السابقة باستخدام سبيتزر بدراسة المجرات الأكثر سطوعًا والأكثر ضخامة والتي تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة سريعة النمو، مما يسهل اكتشافها.

وقال كيركباتريك إن اللغز المهم في علم الفلك يكمن في فهم كيفية نمو الثقوب السوداء النموذجية فائقة الكتلة، مثل تلك الموجودة في المجرات مثل درب التبانة، وتأثيرها على المجرة المضيفة لها.

وقالت: “تشير نتائج الدراسة إلى أن هذه الثقوب السوداء لا تنمو بسرعة، وتمتص مواد محدودة، وربما لا تؤثر بشكل كبير على المجرات المضيفة لها”. “يفتح هذا الاكتشاف منظورًا جديدًا تمامًا لنمو الثقوب السوداء نظرًا لأن فهمنا الحالي يعتمد إلى حد كبير على الثقوب السوداء الأكثر ضخامة في أكبر المجرات، والتي لها تأثيرات كبيرة على مضيفيها، ولكن من المحتمل أن يكون للثقوب السوداء الأصغر حجمًا في هذه المجرات تأثيرًا كبيرًا”. لا.”

عمل المهندسون بدقة لزرع أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي في ISIM، أو وحدة الأدوات العلمية المتكاملة، في غرفة الأبحاث في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت، ماريلاند في 29 أبريل 2013. كخليفة لمسبار هابل التابع لناسا تلسكوب الفضاء، سيكون تلسكوب ويب أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق. وسوف يراقب أبعد الأجسام في الكون، ويقدم صورًا للمجرات الأولى التي تشكلت، ويرى كواكب غير مستكشفة تدور حول نجوم بعيدة.

وقال عالم الفلك بجامعة الكويت إن النتيجة المفاجئة الأخرى هي عدم وجود الغبار في هذه المجرات.

وقال كيركباتريك: “باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يمكننا تحديد مجرات أصغر بكثير من أي وقت مضى، بما في ذلك تلك التي بحجم درب التبانة أو حتى أصغر، وهو ما كان مستحيلاً في السابق عند هذه الانزياحات الحمراء (المسافات الكونية)”. “عادةً، تحتوي المجرات الأكثر ضخامة على غبار وفير بسبب معدلات تكوين النجوم السريعة. لقد افترضت أن المجرات ذات الكتلة المنخفضة ستحتوي أيضًا على كميات كبيرة من الغبار، لكنها لم تفعل ذلك، مما يتحدى توقعاتي ويقدم اكتشافًا آخر مثيرًا للاهتمام.

ووفقا لكيركباتريك، فإن هذا العمل يغير فهم كيفية نمو المجرات، وخاصة فيما يتعلق بدرب التبانة.

وقالت: “يبدو ثقبنا الأسود هادئًا تمامًا، ولا يُظهر الكثير من النشاط”. “أحد الأسئلة المهمة المتعلقة بمجرة درب التبانة هو ما إذا كانت نشطة أم أنها مرت بمرحلة AGN. إذا كانت معظم المجرات، مثل مجرتنا، تفتقر إلى النوى المجرية النشطة التي يمكن اكتشافها، فقد يعني ذلك أن ثقبنا الأسود لم يكن أكثر نشاطًا في الماضي. وفي نهاية المطاف، ستساعد هذه المعرفة في تقييد وقياس كتل الثقوب السوداء، وتسليط الضوء على أصول نمو الثقوب السوداء، والتي تظل سؤالاً بلا إجابة.

المرجع: “ورقة CEERS الرئيسية السابعة: JWST/MIRI تكشف عن عدد ضعيف من المجرات في الظهيرة الكونية غير المرئية بواسطة سبيتزر” بقلم أليسون كيركباتريك، غوانغ يانغ، أوريليان لو بيل، جريج تروياني، إريك إف بيل، نيكو جيه كليري، ديفيد إلباز ، ستيفن ل. فينكلستين، نيميش ب. هاثي، ميكايلا هيرشمان، بين دبليو هولويردا، ديل د. كوسيفسكي، راي أ. لوكاس، جيد ماكيني، كيسي بابوفيتش، بابلو جي بيريز غونزاليس، ألكسندر دي لا فيغا، ميكايلا ب. باجلي، إيمانويل دادي، مارك ديكنسون، هنري سي. فيرجسون، أدريانو فونتانا، أندريا جرازيان، نورمان أ. جروجين، بابلو أرابال هارو، جيهان إس. كارتالتيبي، ليزا جيه. كيلي، أنطون إم. كوكيموير، جينيفر إم. لوتز، لورا بينتيريتشي ، نور بيرزكال، سوارا رافيندراناث، راشيل س. سومرفيل، جوناثان آر. ترامب، ستيفن إم. ويلكنز، إل.اي آرون يونج، مقدم، مجلة الفيزياء الفلكية.
أرخايف:2308.09750

حصل كيركباتريك مؤخرًا على وقت جديد كبير في JWST لإجراء مسح أكبر لحقل Extended Groth Strip باستخدام MIRI. وتضمنت ورقتها البحثية الحالية حوالي 400 مجرة. سيشمل مسحها القادم (MEGA: MIRI EGS Galaxy and AGN Survey) حوالي 5000 مجرة. ومن المقرر أن يتم العمل في يناير 2024.