يبدو أن الثقوب السوداء الهائلة موجودة في مركز كل مجرة، ويعود تاريخها إلى بعض المجرات الأولى في الكون. وليس لدينا أي فكرة عن كيفية وصولهم إلى هناك. لا ينبغي أن يكون من الممكن بالنسبة لهم الانتقال من بقايا المستعرات الأعظم إلى أحجام فائقة الكتلة بالسرعة التي يفعلون بها. ونحن لا نعرف أي آلية أخرى يمكن أن تشكل شيئا كبيرا بما فيه الكفاية بحيث لا يكون النمو الهائل ضروريا.
إن الاستحالة الواضحة لوجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة في بداية الكون قد شكلت مشكلة بالفعل؛ لقد زاد تلسكوب جيمس ويب الفضائي الأمور سوءًا من خلال اكتشاف أمثلة سابقة لمجرات بها ثقوب سوداء فائقة الكتلة. وفي المثال الأخير، استخدم الباحثون ويب لتوصيف نجم زائف مدعوم بثقب أسود هائل، كما كان موجودًا بعد حوالي 750 مليون سنة من الانفجار الكبير. ويبدو طبيعيا بشكل لا يصدق.
العودة في الوقت المناسب
الكوازارات هي أكثر الأجسام سطوعًا في الكون، وتستمد طاقتها من الثقوب السوداء الهائلة. توفر المجرة المحيطة بهم ما يكفي من المواد لتشكيل أقراص تراكمية لامعة ونفاثات قوية، وكلاهما ينبعث منها كميات كبيرة من الإشعاع. وغالبًا ما تكون مغطاة جزئيًا بالغبار، الذي يتوهج عن طريق امتصاص بعض الطاقة المنبعثة من الثقب الأسود. تبعث هذه الكوازارات الكثير من الإشعاع، مما يؤدي في النهاية إلى طرد بعض المادة القريبة من المجرة.
وبالتالي، فإن وجود هذه الميزات في الكون المبكر سيخبرنا أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة لم تكن موجودة في الكون المبكر فحسب، ولكنها كانت أيضًا مدمجة داخل المجرات كما هي الحال في الآونة الأخيرة. لكن كان من الصعب جدًا دراستها. في البداية، لم نحدد الكثير؛ ولم يكن هناك سوى تسعة أشباه نجوم قبل ذلك، عندما كان عمر الكون 800 مليون سنة. بسبب هذه المسافة، يصعب تحديد المعالم، كما أن الانزياح الأحمر الناتج عن توسع الكون يلتقط الأشعة فوق البنفسجية المكثفة من العديد من العناصر ويمتدها إلى عمق الأشعة تحت الحمراء.
ومع ذلك، تم تصميم تلسكوب ويب خصيصًا لاكتشاف الأجسام في بداية الكون من خلال حساسيته للأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء حيث يظهر هذا الإشعاع. لذا فإن البحث الجديد يعتمد على توجيه ويب إلى أول النجوم الزائفة التسعة الأولى التي تم اكتشافها، J1120+0641.
ويبدو…طبيعيًا بشكل ملحوظ. أو على الأقل، تشبه إلى حد ما النجوم الزائفة من فترات أحدث في تاريخ الكون.
عادي عموما
يقوم الباحثون بتحليل استمرارية الإشعاع الناتج عن الكوازار، ويجدون مؤشرات واضحة على أنه مطمور في كتلة من المواد الساخنة والمغبرة، كما رأينا في الكوازارات اللاحقة. هذا الغبار أكثر سخونة قليلاً من بعض النجوم الزائفة الأحدث، ولكن يبدو أن هذه سمة مشتركة لهذه الأجسام في المراحل الأولى من تاريخ الكون. يظهر الإشعاع الصادر من القرص التراكمي أيضًا في طيف الانبعاث.
طرق مختلفة لتقدير القيم المنتجة بكميات كبيرة للثقب الأسود في المنطقة 109 أضعاف كتلة الشمس، مما يجعلها بوضوح في منطقة الثقب الأسود الهائل. هناك أيضًا دليل، من تحول طفيف لبعض الإشعاعات إلى اللون الأزرق، على أن الكوازار يقذف المواد بسرعة حوالي 350 كيلومترًا في الثانية.
هناك بعض الشذوذ. الأول هو أن المادة تبدو أيضًا وكأنها تتساقط نحو الداخل بسرعة تبلغ حوالي 300 كيلومتر في الثانية. قد يكون هذا بسبب دوران المادة في قرص التراكم. ولكن إذا كان الأمر كذلك، فيجب أن يتوافق مع المادة التي تدور باتجاهنا من الجانب الآخر من القرص. وقد لوحظ هذا مراراً وتكراراً في الكوازارات الأولى، لكن الباحثين يعترفون بأن “الأصل المادي لهذا التأثير غير معروف”.
أحد الخيارات التي يقترحونها كتفسير هو أن الكوازار بأكمله في حالة حركة، وقد اهتز من موقعه في مركز المجرة بسبب اندماج سابق مع ثقب أسود آخر فائق الكتلة.
والأمر الغريب الآخر هو أن هناك أيضًا تدفقًا سريعًا جدًا للكربون عالي التأين، يتحرك بسرعة تبلغ ضعف سرعة الكوازارات اللاحقة. وقد رأينا هذا من قبل، ولكن ليس هناك تفسير أيضا.
كيف حصل هذا؟
على الرغم من غرابته، فإن هذا الجسم يشبه إلى حد كبير أشباه النجوم في العصور الحديثة: “توضح ملاحظاتنا أن الهياكل المعقدة للطارة المغبرة والنجم [accretion disk] يمكن إنشاؤها حول أ [supermassive black hole] أقل من 760 مليون بعد الانفجار الكبير. »
ومرة أخرى، يشكل هذا مشكلة صغيرة لأنه يشير إلى وجود ثقب أسود هائل موجود في المجرة المضيفة له في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون. للوصول إلى الأحجام المرصودة هنا، تصطدم الثقوب السوداء بما يسمى حد إدينغتون، أي كمية المادة التي يمكنها امتصاصها قبل أن يطرد الإشعاع الناتج المادة المجاورة، وبالتالي يخنق إمدادات الغذاء للثقب الأسود.
وهذا يقترح خيارين. الأول هو أن هذه الأجسام كانت تبتلع موادًا تتجاوز حدود إدينجتون في معظم تاريخها، وهو أمر لم نلاحظه وهو غير صحيح على الإطلاق بالنسبة لهذا الكوازار. الخيار الآخر هو أنهم بدأوا على نطاق واسع (حوالي 104 أضعاف كتلة الشمس) واستمرت في التغذية بمعدل أكثر معقولية. لكننا لا نعرف حقًا كيف يمكن أن يتشكل شيء بهذا الحجم.
لذلك يظل الكون المبكر مكانًا محيرًا للغاية.
علم الفلك الطبيعي، 2024. DOI: 10.1038/s41550-024-02273-0 (حول معرفات الهوية الرقمية).
