ناسا تكتشف ثقبًا أسود هائلًا حطم الأرقام القياسية على بعد أكثر من 13 مليار سنة ضوئية

• مؤشر رئيسي على تزايد الكتلة الفائقة الثقب الأسود – انبعاث الأشعة السينية – تم العثور عليه في مجرة ​​بعيدة للغاية.
• تقع هذه المجرة، UHZ1، على بعد 13.2 مليار سنة ضوئية، وقد شوهدت عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.
• ناسامرصد شاندرا للأشعة السينية و تلسكوب جيمس ويب الفضائي وتضافرت جهودهم لتحقيق هذا الاكتشاف.
• ويعتبر هذا أفضل دليل حتى الآن على أن بعض الثقوب السوداء المبكرة تشكلت من سحب ضخمة من الغاز.

اكتشف علماء الفلك أبعد ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق بالأشعة السينية (في مجرة ​​يطلق عليها اسم UHZ1) باستخدام التلسكوبات الفضائية تشاندرا وويب. يعد انبعاث الأشعة السينية علامة واضحة على وجود ثقب أسود فائق الكتلة. قد تفسر هذه النتيجة كيفية تشكل بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة الأولى في الكون. تُظهر هذه الصور مجموعة المجرات Abell 2744 التي يقع خلفها UHZ1، في الأشعة السينية القادمة من Chandra وبيانات الأشعة تحت الحمراء من Webb، بالإضافة إلى لقطات مقربة للمجرة المضيفة للثقب الأسود UHZ1. المصدر: الأشعة السينية: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán؛ الأشعة تحت الحمراء: ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية/وكالة الفضاء الكندية/STScI؛ معالجة الصور: NASA/CXC/SAO/L. فراتاري وك. اركاند

تلسكوبات ناسا تكتشف ثقبًا أسودًا قياسيًا

تكشف هذه الصورة عن أبعد ثقب أسود تم تحديده على الإطلاق من خلال الأشعة السينية، مما يحتمل أن يلقي الضوء على تشكيل أقدم الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الكون. تم هذا الاكتشاف باستخدام الأشعة السينية من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا (الموضحة باللون الأرجواني) وبيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (الموضحة باللون الأحمر والأخضر والأزرق).

المسافات المجرية والملاحظات

يقع الثقب الأسود البعيد للغاية في المجرة UHZ1 في اتجاه العنقود المجري Abell 2744. ويبعد العنقود المجري حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض. ومع ذلك، تكشف بيانات ويب أن UHZ1 أبعد بكثير من Abell 2744. وعلى بعد حوالي 13.2 مليار سنة ضوئية، يمكن رؤية UHZ1 عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.

عدسة الجاذبية والكشف عن الأشعة السينية

باستخدام أكثر من أسبوعين من الملاحظات من تشاندرا، تمكن الباحثون من اكتشاف انبعاث الأشعة السينية من UHZ1، وهو مؤشر يدل على وجود ثقب أسود هائل ينمو في وسط المجرة. إشارة الأشعة السينية باهتة للغاية ولم يتمكن تشاندرا من اكتشافها – حتى مع هذه المراقبة الطويلة – إلا بسبب الظاهرة المعروفة باسم عدسة الجاذبية التي عززت الإشارة بعامل أربعة.

تقنيات التصوير والتوجيه

تُظهر الأجزاء الأرجوانية من الصورة الأشعة السينية الصادرة عن كميات كبيرة من الغاز الساخن في Abell 2744. وتُظهر صورة الأشعة تحت الحمراء مئات المجرات في العنقود، إلى جانب عدد قليل من النجوم الأمامية. يتم تكبير الإدخالات إلى منطقة صغيرة تتمحور حول UHZ1. الجسم الصغير في صورة ويب هو المجرة البعيدة UHZ1 ويظهر مركز صورة تشاندرا الأشعة السينية القادمة من مادة قريبة من الثقب الأسود الهائل في منتصف UHZ1. يرجع الحجم الكبير لمصدر الأشعة السينية مقارنة بالنظرة تحت الحمراء للمجرة إلى أنه يمثل أصغر حجم يمكن لشاندرا تحليله. تأتي الأشعة السينية في الواقع من منطقة أصغر بكثير من المجرة.

تم تطبيق تجانس مختلف على صورة Chandra ذات المجال الكامل وعلى صورة Chandra في الصورة المقربة. تم إجراء التجانس عبر العديد من وحدات البكسل للصورة الكبيرة، لتسليط الضوء على انبعاث الكتلة الخافتة، على حساب عدم إظهار مصادر نقطة الأشعة السينية الخافتة مثل UHZ1. تم تطبيق قدر أقل بكثير من التجانس على الصورة المقربة حتى تظهر مصادر الأشعة السينية الخافتة. يتم توجيه الصورة بحيث يشير الشمال إلى 42.5 درجة إلى يمين الوضع الرأسي.

رسم توضيحي: تشكل ثقب أسود ثقيل من الانهيار المباشر لسحابة ضخمة من الغاز. مصدر الصورة: ناسا/STScI/ليا هوستاك

أهمية الاكتشاف

يعد هذا الاكتشاف مهمًا لفهم كيف يمكن لبعض الثقوب السوداء الهائلة – تلك التي تحتوي على ما يصل إلى مليارات الكتلة الشمسية وتتواجد في مراكز المجرات – أن تصل إلى كتل هائلة بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. هل تتشكل مباشرة من انهيار سحب الغاز الضخمة، مما يؤدي إلى خلق ثقوب سوداء تزن ما بين عشرة آلاف ومائة ألف شمس؟ أم أنها تأتي من انفجارات النجوم الأولى التي تخلق ثقوبًا سوداء يتراوح وزنها بين حوالي عشرة إلى مائة شمس فقط؟

نتائج البحث والآثار النظرية

ووجد فريق علماء الفلك دليلا قويا على أن الثقب الأسود المكتشف حديثا في UHZ1 ولد ضخما. ويقدرون أن كتلته تقع بين 10 و100 مليون شمس، بناءً على سطوع وطاقة الأشعة السينية. ويشبه نطاق الكتلة هذا نطاق جميع النجوم الموجودة في المجرة التي تعيش فيها، وهو ما يتناقض بشكل صارخ مع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات في الكون المجاور والتي تحتوي عادة على حوالي عُشر بالمائة فقط من كتلة كتلتها. نجوم المجرة المضيفة.

إن الكتلة الكبيرة للثقب الأسود في سن مبكرة، بالإضافة إلى كمية الأشعة السينية التي يصدرها وسطوع المجرة التي اكتشفها ويب، كلها تتفق مع التوقعات النظرية لعام 2017 بشأن “الثقب الأسود الضخم” الذي تشكل مباشرة من المجرة. انهيار سحابة ضخمة من الغاز.

البحث والتعاون المستمر

ويخطط الباحثون لاستخدام هذه النتائج وغيرها من النتائج المتدفقة من ويب وتلك التي تجمع البيانات من التلسكوبات الأخرى لملء صورة أكبر للكون المبكر.

تظهر الورقة التي تصف النتائج في علم الفلك الطبيعة. ومن بين المؤلفين أكوس بوجدان (مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان)، آندي جولدينج (جامعة برينستون)، بريامفادا ناتاراجان (جامعة ييل) ، أورسوليا كوفاكس (جامعة ماساريك، جمهورية التشيك)، جرانت تريمبلاي (CFA)، أورميلا تشاداياموري (CfA)، مارتا فولونتيري (معهد الفيزياء الفلكية في باريس، فرنسا)، رالف كرافت (CfA)، ويليام فورمان (CfA)، كريستين جونز (CfA)، يوجين تشورازوف (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية، ألمانيا) و إيرينا جورافليفا (جامعة شيكاغو).

تعد بيانات ويب المستخدمة في كلا البحثين جزءًا من مسح يسمى ملاحظات Ultradeep Nirspec وnirCam قبل عصر إعادة التأين (UNCOVER). تظهر الورقة التي يقودها عضو فريق UNCOVER آندي جولدينج في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. يشمل المؤلفون المشاركون أعضاء آخرين في فريق UNCOVER، بالإضافة إلى بوجدان وناتاراجان. هناك ورقة تفسيرية مفصلة تقارن الخصائص المرصودة لـ UHZ1 مع النماذج النظرية لمجرات الثقب الأسود الضخمة قيد المراجعة حاليًا وتتوفر نسخة أولية منها هنا.

مراجع:

“دليل على أصل البذور الثقيلة للثقوب السوداء فائقة الكتلة المبكرة من كوازار الأشعة السينية az ≈ 10” بقلم آكوس بوجدان، آندي دي جولدينج، بريامفادا ناتاراجان، أورسوليا إي كوفاكس، جرانت آر تريمبلاي، أورميلا تشاداياموري، مارتا فولونتيري، رالف بي كرافت، ويليام ر. فورمان، كريستين جونز، يوجين تشورازوف وإرينا زورافليفا، 6 نوفمبر 2023، علم الفلك الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41550-023-02111-9

“اكتشف: نمو الثقوب السوداء الضخمة الأولى من JWST/NIRSpec – تأكيد الانزياح الأحمر الطيفي لـ AGN المضيئة بالأشعة السينية عند z = 10.1” بقلم آندي د. جولدينج، وجيني إي. جرين، وديفيد جيه. سيتون، وإيفو لابي، راشيل بيزانسون، تيم بي ميلر، حكيم عتيق، آكوس بوجدان، غابرييل برامر، إيرينا تشيميرينسكا، سام إي كاتلر، براتيكا دايال، يوشينوبو فوداموتو، سيجي فوجيموتو، لوكاس جيه. فورتاك، فاسيلي كوكوريف، غوراف خلار، جويل ليجا، دانيلو مارشيسيني ، بريامفادا ناتاراجان، إيريكا نيلسون، باسكال أ. أويش، ريتشارد بان، كيسي بابوفيتش، سيدونا إتش. برايس، بيتر فان دوكوم، بينجي وانغ، 冰洁 王، جون آر. ويفر، كاثرين إي. ويتاكر وآدي زيترين، 22 سبتمبر 2023 , رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/acf7c5

يدير مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا برنامج تشاندرا. يتحكم مركز شاندرا للأشعة السينية التابع لمرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في العمليات العلمية من كامبريدج، ماساتشوستس، وعمليات الطيران من بيرلينجتون، ماساتشوستس.

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي المرصد الرائد لعلوم الفضاء في العالم. سوف يحل ويب الألغاز في نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما وراء العوالم البعيدة حول النجوم الأخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.