الكشف عن: أقدم ثقب أسود تم رصده على الإطلاق، يعود تاريخه إلى فجر الكون | الثقوب السوداء

اكتشف علماء الفلك أقدم ثقب أسود تم رصده على الإطلاق، ويعود تاريخه إلى أكثر من 13 مليار سنة أي قبل فجر الكون.

تكشف الملاحظات التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) عن وجودها في قلب مجرة ​​بعد 440 مليون سنة من الانفجار الأعظم. تبلغ كتلته حوالي مليون مرة كتلة الشمس، وهو كبير بشكل مدهش بالنسبة لثقب أسود صغير، مما يثير التساؤل حول كيفية نموه بهذه السرعة بهذه السرعة.

وقال البروفيسور روبرتو مايولينو، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة كامبريدج، الذي قاد عمليات الرصد: “المفاجأة تكمن في كونها ضخمة للغاية”. لقد كان هذا أكثر شيء غير متوقع.”

الملاحظات المنشورة على موقع ما قبل الطباعة Arxiv، لا تلتقط صورة مباشرة، وهو أمر غير مرئي لأنه لا يمكن للضوء أن يفلت من قبضته. لكن علماء الفلك اكتشفوا علامات واضحة لقرصه التراكمي، وهو هالة من الغاز والغبار التي تدور بسرعة حول المجرى الكوني.

يعتقد علماء الفلك أن الثقوب السوداء الأقدم يمكن أن تساعد في حل لغز كيفية نمو نظيراتها العملاقة في مراكز المجرات مثل درب التبانة إلى مليارات المرات التي تزيد فيها كتلة الشمس. وحتى وقت قريب، كان من المفترض أنها تضخمت ببساطة على مدى ما يقرب من 14 مليار سنة، وتنمو بشكل مطرد من خلال عمليات الاندماج والتهام النجوم والأجسام الأخرى. لكن سيناريو كرة الثلج هذا لا يمكن أن يفسر بشكل كامل الأبعاد الملحمية للثقوب السوداء الهائلة في الوقت الحاضر.

أحدث الملاحظات للمجرة المسماة GN-z11، تدفع أصول هذا اللغز إلى بداية الثقوب السوداء وتشير إلى أنها إما ولدت كبيرة أو تضخمت بسرعة كبيرة في وقت مبكر.

وقال البروفيسور أندرو بونتزن، 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”. “هذه النتائج، باستخدام قوة تلسكوب جيمس ويب الفضائي للنظر عبر الزمن، تشير إلى أن بعض الثقوب السوداء نمت بمعدل هائل في الكون الشاب، أسرع بكثير مما توقعنا.”

أحد التفسيرات، المعروف باسم سيناريو البذور الثقيلة، هو أن جيلًا مبكرًا من الثقوب السوداء ولد من الانهيار المباشر لسحب ضخمة من الغاز، وليس من النجوم المحترقة التي انهارت تحت تأثير جاذبيتها في نهاية حياتها. والاحتمال الآخر هو أن مجموعات مدمجة من النجوم والثقوب السوداء اندمجت بسرعة كبيرة في الكون المبكر.

الفرضية الثالثة، الأكثر تأملية، هي وجود ما يسمى بالثقوب السوداء البدائية التي ظهرت إلى الوجود أثناء التضخم الكوني، وهي فترة توسع الكون بشكل أسرع من الضوء والتي حدثت بعد جزء من الثانية من الانفجار الأعظم.

وهذا من شأنه أن يقلب رأساً على عقب الترتيب المفترض لللعبة، حيث تأتي المجرات أولاً ثم تبدأ الثقوب السوداء في النمو داخلها. سوف تكون الثقوب السوداء البدائية منسوجة بشكل فعال في نسيج الكون منذ البداية.

وقال بونتزن: “إذا كان ذلك صحيحا، فسيكون له آثار عميقة على الجزء الافتتاحي من الثانية من كوننا”. “في كلتا الحالتين، فإن قصة كيفية نشوء الثقوب السوداء والمجرات معًا هي قصة مثيرة للاهتمام، وقد بدأنا للتو في تجميعها معًا.”

وهذه النتائج هي الأحدث في سلسلة من الاكتشافات المذهلة التي حققها مرصد الفضاء التابع لناسا بعد عامين فقط من إطلاقه. يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أكثر حساسية بحوالي 100 مرة من التلسكوبات السابقة، مثل هابل، في الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء، وهو جزء من الطيف يستخدم لرؤية الأجسام البعيدة. “إنه يعادل في الأساس ترقية تلسكوب غاليليو إلى تلسكوب حديث. قال مايولينو: “إنها 400 عام من الاكتشافات التي من المحتمل أن يتم ضغطها في الفترة الزمنية لعمليات JWST”.

وقال إنه قبل إطلاق التلسكوب كان هناك احتمال أن تفتح نافذة جديدة على “امتداد ممل لما نعرفه”. قال مايولينو: “هذا ليس ما نراه”. “لقد كان الكون كريمًا جدًا. لقد وجدنا بالفعل أشياء لم نكن نتوقعها.”

ما هو الثقب الأسود؟

تعد الثقوب السوداء من بين أغرب الأجسام في الكون وأكثرها خطورة. لديهم جاذبية شديدة لدرجة أنه لا المادة ولا الضوء يمكن أن يفلت من قبضتهم. يتم تتبع عتبة الثقب الأسود من خلال أفق الحدث، نقطة اللاعودة. أي شيء يبتعد عبر هذه الحدود قد ذهب إلى الأبد.

إنها صعبة الدراسة لأنها غير قابلة للرؤية بشكل أساسي، لكن تطبيق قوانين الفيزياء يقدم بعض الأفكار الغريبة. عند الاقتراب من الثقب الأسود، يمكن أن يكون تدرج الجاذبية شديدًا جدًا لدرجة أن الأجسام قد تتمدد في عملية تُعرف باسم السباغيتي. في أفق الحدث، تكون الجاذبية شديدة للغاية لدرجة أن الضوء ينحني في حلقة مثالية حول الثقب الأسود، مما يعني أنك إذا وقفت هناك فستتمكن من رؤية الجزء الخلفي من رأسك.

ما يكمن وراء أفق الحدث غير معروف. تشير نظرية النسبية العامة لأينشتاين إلى أن الكثافة في مركز الثقب الأسود ستصبح لا نهائية، مما يؤدي إلى تفرد الجاذبية. هذا التمزق في الزمكان لن يكون له “أين” أو “متى” وسيقع خارج نطاق القوانين التقليدية للفيزياء. ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت مثل هذه التفردات موجودة بالفعل.

تأتي الثقوب السوداء بأحجام مختلفة. يمكن أن تصل كتلة الثقوب السوداء النجمية، التي تتشكل من بقايا النجوم الضخمة، إلى 20 مرة أكبر من شمسنا. يمكن للثقوب السوداء الهائلة، مثل القوس A* الموجود في مركز درب التبانة، أن تمتلك كتلًا تعادل ملايين أو مليارات الشموس وتلعب دورًا حاسمًا في تطور المجرة.

حقق علماء الفلك تقدمًا كبيرًا في مراقبة الثقوب السوداء في العقد الماضي، حيث تم التقاط أول صورة لهالة المرء بواسطة تلسكوب Event Horizon في عام 2019، وملاحظات عن اندماجات الثقوب السوداء الكارثية من خلال الكشف عن موجات الجاذبية المرسلة متموجة عبر الزمكان. . ستبدأ الملاحظات الأخيرة، وحتى أهداف جيمس ويب الأبعد، في تجميع أصول هذه الأجسام الغامضة.