ثقب أسود غامض في فجر التاريخ يزن مليار شمس : ScienceAlert

تم اكتشاف ثقب أسود كامن في الفجر الكوني، وهو كبير للغاية بحيث لا يمكن تفسيره بسهولة. يقع الثقب الأسود في مركز مجرة ​​تسمى J1120+0641، وتبلغ كتلته أكثر من مليار شمس.

توجد ثقوب سوداء أكبر في كل مكان حولنا اليوم. المشكلة هي متى لوجود J1120+0641. بعد أقل من 770 مليون سنة من الانفجار الكبير، من الصعب معرفة كيف حصل الثقب الأسود على الوقت الكافي لاكتساب هذه الكتلة الكبيرة.

لقد عرفنا عن المجرة وثقبها الأسود المكتظ منذ أكثر من عقد من الزمان، وكان لدى العلماء أفكار حول كيفية نشوئها. والآن، يمكن إجراء ملاحظات باستخدام جيمس ويب لقد رفض العلماء أحد هذه المفاهيم. فبكل المقاييس، يبدو J1120+0641 “طبيعياً بشكل صادم”، الأمر الذي يترك الباب مفتوحاً أمام تفسيرات أكثر غرابة لزيادة وزن الثقب الأسود.

تم اكتشاف J1120+0641 أعلن مرة أخرى في عام 2011وظلت لبضع سنوات أبعد مجرة ​​زائفة معروفة. لقد كانت سنوات قليلة جيدة في الواقع. على حد علمنا، كان J1120+0641 كائنًا غريبًا، ولا يزال هناك تفسير واحد محتمل لحجمه مطروحًا على الطاولة.

مجرات الكوازار هي مجرات تحتوي على ثقب أسود مركزي فائق الكتلة يتغذى بمعدل هائل. وهي محاطة بسحابة ضخمة من الغاز والغبار، والتي تمتصها بأسرع ما يمكن. تعمل الاحتكاك والجاذبية حول الثقب الأسود على تسخين المادة، مما يجعلها تلمع بشكل ساطع.

لكن السرعة التي يمكن أن يتغذى بها الثقب الأسود ليست بلا حدود. يتم تحديد الحد الأقصى للمعدل المستقر من خلاله حد إدينجتون، والتي بعدها تتألق المادة الساخنة بشدة بحيث سوف يتجاوز ضغط الإشعاع قوة الجاذبية، مما يدفع المادة بعيدًا ولا يترك أي شيء ليتغذى عليه الثقب الأسود.

الآن، يمكن للثقوب السوداء أن تدخل لفترة وجيزة في تراكم إدينجتون الفائق، حيث تدفع نفسها عبر هذا الحد وتبتلع أكبر قدر ممكن من المادة قبل أن يبدأ ضغط الإشعاع. هذا هو أحد التفسيرات المحتملة للثقب الأسود في مركز J1120+0641، وبما أننا نجدها بأعداد أكبر، فإن هناك ثقوبًا سوداء كبيرة أخرى كامنة في بداية الكون.

ولكي يتسنى لنا البحث عن علامات تراكم إيدنجتون الفائق، كان علماء الفلك في احتياج إلى بيانات ذات دقة كافية لإجراء تحليل مفصل لضوء المجرة، بحثاً عن علامات مرتبطة بعمليات متطرفة. ولهذا السبب، كنا في احتياج إلى تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وهو أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق، والذي تم تحسينه للنظر إلى تلك المناطق البعيدة من الفضاء والزمان.

رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي المجرة في أوائل عام 2023، وقام فريق بقيادة عالمة الفلك سارة بوسمان من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا بتفكيك الضوء الذي جمعه لفهرسة خصائص المواد المحيطة بالثقب الأسود: طارة ضخمة من الغبار على المجرة. الضواحي، وقرص متوهج يحوم حوله ويتغذى في الثقب الأسود.

يكشف هذا التحليل أن الثقب الأسود يتغذى في الواقع بشكل طبيعي جدًا – ولا يوجد شيء في تراكمه يبدو مختلفًا بشكل كبير عن مجرات الكوازار الأخرى الأكثر حداثة.

أحد التفسيرات المحتملة لهذه الثقوب السوداء العملاقة هو أن الغبار الزائد كان يدفع علماء الفلك إلى المبالغة في تقدير كتلتها. ومع ذلك، لا يوجد أي مؤشر على وجود غبار إضافي أيضًا.

وهذا يعني أن J1120+0641 هي ما تبدو عليه: مجرة ​​شبه نجمية عادية إلى حد ما، بها ثقب أسود لا يلتهم المواد بمعدلات عالية للغاية. كان الثقب الأسود، والطريقة التي يتغذى بها، ناضجين نسبيًا بحلول الوقت الذي رصدناه فيه، في غضون بضع مئات من ملايين السنين من الانفجار العظيم.

“بشكل عام، فإن الملاحظات الجديدة لا تضيف إلا إلى الغموض: كانت الكوازارات المبكرة طبيعية بشكل صادم”. يقول بوسمان“بغض النظر عن الأطوال الموجية التي نرصدها بها، فإن الكوازارات متطابقة تقريبًا في جميع عصور الكون.”

وهذا يعني أن تراكم إيدنجتون الفائق ليس هو الحل لنمو الثقوب السوداء الهائلة بشكل محير في فجر التاريخ.

التفسير الرئيسي الآخر هو أن الثقوب السوداء تشكلت من “بذور” كبيرة جدًا في البداية. وبدلاً من عملية بطيئة وتدريجية من شيء بحجم نجم، تقترح هذه النظرية أن الثقوب السوداء تشكلت من انهيار كتل من المادة أو حتى نجوم ضخمة للغاية تصل كتلتها إلى مئات الآلاف من أضعاف كتلة الشمس، مما يعطي حجمها النمو السبق.

وبينما نجد المزيد والمزيد من هذه الكائنات العملاقة الكامنة في الضباب في بداية الكون، تبدو هذه الفكرة أقل غرابة، وأشبه بأفضل تفسير ممكن لدينا لهذه الحقبة الغامضة في تاريخ الكون.

وقد تم نشر البحث في علم الفلك الطبيعي.