اكتشف علماء الفلك ثقبا أسود قديما يعود تاريخه إلى أكثر من 13 مليار سنة أي قبل فجر الكون.
تكشف الملاحظات التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) عن قلب مجرة بعد 440 مليون سنة من الانفجار الكبير. تبلغ كتلته حوالي مليون مرة كتلة الشمس، وهو كبير بشكل مدهش بالنسبة لثقب أسود صغير، مما يثير التساؤل حول كيفية نموه بهذه السرعة.
وقال البروفيسور روبرتو مايولينو، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كامبريدج الذي قاد عمليات الرصد: “المفاجأة هي أنها كبيرة جدًا. إنه أمر غير متوقع على الإطلاق”.
الملاحظات، تم نشره على موقع ما قبل الطباعة Arxiv، لا تطلق النار مباشرة، حيث لا يمكن لأي ضوء أن يفلت من قبضته. لكن علماء الفلك اكتشفوا علامات على قرصه التراكمي، وهو عبارة عن هالة من الغاز والغبار تدور بسرعة حول المجرى الكوني.
ويأمل علماء الفلك أن تساعد الثقوب السوداء البدائية في حل لغز كيفية نمو نظيراتها الضخمة في مركز المجرات مثل درب التبانة لتصبح أكبر بمليارات المرات من حجم الشمس. وحتى وقت قريب، كان يُعتقد أنها تضخمت على مدى ما يقرب من 14 مليار سنة، وتنمو بشكل مطرد من خلال عمليات اندماج وتراكم النجوم والمواد الأخرى. لكن سيناريو كرة الثلج هذا لا يمكن أن يفسر بشكل كامل الأبعاد الملحمية للثقوب السوداء الهائلة الموجودة اليوم.
الملاحظات الأخيرة للمجرة المعروفة باسم GN-z11 تدفع أصل هذا اللغز إلى بداية الثقوب السوداء، مما يشير إلى أنها إما ولدت ضخمة أو تضخمت في وقت مبكر.
وقال البروفيسور أندرو بونسون، عالم الكونيات في جامعة كوليدج لندن، والذي لم يشارك في البحث: “إن فهم مصدر الثقوب السوداء في المقام الأول كان دائمًا لغزًا، ولكن يبدو أن هذا اللغز يتعمق الآن”. “تشير هذه النتائج، باستخدام قوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي للنظر إلى الوراء في الزمن، إلى أن بعض الثقوب السوداء نمت بمعدلات هائلة في الكون الشاب، أسرع بكثير مما توقعنا.”
أحد التفسيرات، والذي يسمى سيناريو البذور الثقيلة، هو أن الجيل الأولي من الثقوب السوداء ولد من الانهيار المباشر لسحب الغاز الضخمة، وليس من النجوم المحترقة التي انهارت تحت جاذبيتها في نهاية حياتها. والاحتمال الآخر هو أن مجموعات مدمجة من النجوم والثقوب السوداء تجمعت بسرعة كبيرة في بداية الكون.
الفرضية الثالثة، الأكثر تأملية، هي أن الثقوب السوداء البدائية تشكلت أثناء التضخم الكوني، وهي الفترة التي تلت الانفجار الكبير الذي توسع بسرعة أكبر من الضوء في جزء من الثانية.
وهذا يقلب رأسًا على عقب الترتيب المفترض الذي تبدأ فيه الثقوب السوداء بالنمو داخل المجرات بعد وصولها لأول مرة. لقد تم نسج الثقوب السوداء البدائية بشكل فعال في نسيج الكون منذ البداية.
وقال بونسن: “إذا كان هذا صحيحا، فسيكون له آثار عميقة على الجزء المبكر جدا من كوننا”. “في كلتا الحالتين، قصة كيفية نمو الثقوب السوداء والمجرات معًا هي قصة بدأنا للتو في تجميعها معًا.”
هذه النتائج هي الأحدث في سلسلة من الاكتشافات المذهلة التي قام بها مختبر الفضاء التابع لناسا. يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أكثر حساسية 100 مرة من التلسكوبات السابقة مثل هابل في اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء، وهو الجزء من الطيف المستخدم لرؤية الأجسام البعيدة جدًا. وقال مايولينو: “إنه في الأساس يعادل ترقية تلسكوب جاليليو إلى تلسكوب حديث. إنها 400 عام من الاكتشافات مكثفة في نطاق عمليات تلسكوب جيمس ويب الفضائي”.
وأضاف أنه قبل إطلاق التلسكوب، كانت هناك فرصة لفتح نافذة جديدة على “امتداد ممل لما نعرفه”. وقال مايولينو “هذا ليس ما نراه”. “لقد كان الكون كريمًا جدًا. لقد اكتشفنا بالفعل أشياء لم نتوقعها.
ما هو الثقب الأسود؟
تعد الثقوب السوداء من أغرب الأجسام في الكون وأكثرها خطورة. الجاذبية قوية جدًا بحيث لا تتمكن المادة أو الضوء من الإفلات من قبضتها. يتم اكتشاف عتبة الثقب الأسود من خلال أفق الحدث، وهو نقطة اللاعودة. وكل ما يتجاوز هذا الحد فهو جيد.
إنها صعبة الدراسة لأنها غير مرئية بشكل أساسي، لكن تطبيق قوانين الفيزياء يوفر بعض الأفكار الرائعة. عند الاقتراب من ثقب أسود، يمكن أن يكون تدرج الجاذبية شديدًا لدرجة أن الأجسام تتمدد في عملية تُعرف باسم السباغيتي. في أفق الحدث، تكون الجاذبية قوية جدًا لدرجة أن الضوء ينحني في حلقة مثالية حول الثقب الأسود، مما يعني أنه يمكنك رؤية الجزء الخلفي من رأسك إذا وقفت هناك.
ما يكمن وراء أفق الحدث غير معروف. تنص نظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن مركز الثقب الأسود يصبح لا نهائيًا، مما يؤدي إلى تفرد الجاذبية. هذا التشويه في الزمكان ليس له “أين” أو “متى” ويقع خارج حدود قوانين الفيزياء المعتادة. لكن ليس من الواضح ما إذا كانت مثل هذه الخصائص موجودة بالفعل.
الثقوب السوداء تأتي بأحجام مختلفة. يمكن أن تكون الثقوب السوداء النجمية التي تتشكل من بقايا النجوم الضخمة أكبر بـ 20 مرة من شمسنا. يمكن للثقوب السوداء الهائلة مثل Sagittarius A* الموجودة في مركز درب التبانة أن تمتلك كتلًا تعادل ملايين أو حتى مليارات الشموس وتلعب دورًا مهمًا في تطور المجرة.
حقق علماء الفلك تقدمًا كبيرًا في مراقبة الثقوب السوداء على مدار العقد الماضي، حيث تم التقاط الصورة الأولى لهالة المرء بواسطة تلسكوب Event Horizon في عام 2019، ورصد عمليات اندماج الثقوب السوداء الكارثية من خلال الكشف عن موجات الجاذبية التي أرسلت تموجات عبر الزمكان. . بدأت الملاحظات الحديثة وحتى أهداف جيمس ويب البعيدة في تجميع أصول هذه الأشياء الغامضة.