بواسطة
التقط تلسكوب جيمس ويب الفضائي صورًا لاثنين من النجوم الزائفة من بداية الكون، مما سلط الضوء على العلاقة بين الثقوب السوداء والمجرات المضيفة لها. ويشير هذا التقدم إلى أن نسبة الكتلة التي لوحظت في المجرات الحديثة كانت موجودة بالفعل بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير.
تكشف عمليات الرصد الأخيرة التي أجراها تلسكوب جيمس ويب الفضائي لاثنين من النجوم الزائفة من الكون المبكر عن معلومات مهمة حول العلاقات المبكرة بين الثقوب السوداء ومجراتها، مما يعكس نسب الكتلة التي لوحظت في الكون الأحدث.
كشفت صور جديدة التقطها تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، لأول مرة، عن ضوء نجمي صادر عن مجرتين ضخمتين تؤويان ثقوبًا سوداء تنمو بشكل نشط -الكوازارات- تمت ملاحظتها بعد أقل من مليار سنة من الانفجار الكبير. تمتلك الثقوب السوداء كتلًا تقارب مليار مرة كتلة الشمس، وكتل المجرات المضيفة أكبر بما يقرب من مائة مرة، وهي نسبة مشابهة لتلك الموجودة في الكون الأحدث. لقد فتح مزيج قوي من المسح واسع النطاق الذي أجراه تلسكوب سوبارو وتلسكوب جيمس ويب الفضائي طريقًا جديدًا لدراسة الكون البعيد، وفقًا لدراسة حديثة نُشرت في طبيعة.
جذبت ملاحظات الثقوب السوداء العملاقة انتباه علماء الفلك في السنوات الأخيرة. بدأ تلسكوب أفق الحدث (EHT) في تصوير “ظلال” الثقوب السوداء في مراكز المجرات. مُنحت جائزة رواية الفيزياء لعام 2020 لملاحظات حركات النجوم في قلب المجرة درب التبانة. وفي حين أن وجود مثل هذه الثقوب السوداء العملاقة أصبح صلبا، إلا أنه لا أحد يعرف أصلها.
أفاد علماء الفلك أن الثقوب السوداء التي تبلغ كتلتها مليارات الشمس كانت موجودة خلال المليار سنة الأولى من عمر الكون. كيف يمكن لهذه الثقوب السوداء أن تصل إلى هذا الحجم عندما كان الكون صغيرًا جدًا؟ والأكثر إثارة للدهشة هو أن الملاحظات في الكون المحلي تظهر وجود علاقة واضحة بين كتلة الثقوب السوداء فائقة الكتلة والمجرات الأكبر حجمًا التي تتواجد فيها. تختلف أحجام المجرات والثقوب السوداء تمامًا، فما الذي جاء أولاً: الثقوب السوداء أم المجرات؟ هذه مشكلة “الدجاجة أو البيضة” على المستوى الكوني.
صورة JWST NIRCam بحجم 3.6 ميكرومتر لـ HSC J2236+0032. الصورة المصغرة وصورة الكوازار وصورة المجرة المضيفة بعد طرح ضوء الكوازار (من اليسار إلى اليمين). يظهر حجم الصورة بالسنوات الضوئية في كل لوحة. الائتمان: دينغ، أونو، سيلفرمان وآخرون.
فريق دولي من الباحثين بقيادة ماسافوسا أونوو، باحث كافلي في الفيزياء الفلكية في معهد كافلي لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (KIAA) بجامعة بكين، وشوهينج دينغ، الباحث في معهد كافلي للفيزياء والرياضيات الكونية (Kavli IPMU)، وجون بدأ سيلفرمان، الأستاذ في Kavli IPMU، بالإجابة على هذا السؤال باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، وهو تلسكوب فضائي قطره 6.5 متر تم تطويره بواسطة تعاون دولي بين ناساال وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ووكالة الفضاء الكندية (CSA)، وتم إطلاقهما في ديسمبر 2021.
تتميز الكوازارات بأنها مشرقة، بينما تكون المجرات المضيفة لها باهتة، مما يجعل من الصعب على الباحثين اكتشاف الضوء الخافت للمجرة في وهج الكوازار، خاصة على مسافات بعيدة. “إن العثور على المجرات المضيفة للكوازار عند الانزياح الأحمر 6 يشبه محاولة اكتشاف اليراعات في عرض ألعاب نارية مذهل أثناء ارتداء نظارات ضبابية. المجرات المضيفة باهتة بشكل لا يصدق ودقة الصورة محدودة للغاية، حتى مع وجود تلسكوب هابل الفضائييقول Xuheng Ding: “مما يجعل اكتشاف جمالها الخفي تحديًا حقيقيًا”.
الفن المفاهيمي لتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا. مصدر الصورة: ناسا، وكالة الفضاء الأوروبية، ونورثروب جرومان
لاحظ الفريق اثنين من النجوم الزائفة مع تلسكوب جيمس ويب الفضائي، HSC J2236+0032 وHSC J2255+0251، عند انزياحات حمراء تبلغ 6.40 و6.34، عندما كان عمر الكون حوالي 860 مليون سنة. تم اكتشاف هذين الكوازارين في البداية من خلال مسح واسع النطاق لتلسكوب سوبارو البالغ قطره 8.2 متر، والذي حدد به فريق البحث أكثر من 160 كوازارًا حتى الآن. إن السطوع المنخفض نسبيًا لهذه الكوازارات جعلها أهدافًا رئيسية لقياس خصائص المجرات المضيفة، ويمثل الاكتشاف الناجح لتلك المضيفات أول حقبة حتى الآن يتم فيها اكتشاف ضوء النجوم في كوازار.
تم التقاط صور للكوازارين بأطوال موجية للأشعة تحت الحمراء تبلغ 3.56 و1.50 ميكرون باستخدام أداة NIRCam الخاصة بـ JWST، وأصبحت المجرات المضيفة واضحة بعد النمذجة الدقيقة وطرح وهج الثقب الأسود المتنامي. تمت ملاحظة البصمة النجمية للمجرة المضيفة أيضًا في الطيف الذي التقطه NIRSpec التابع لـ JWST لـ J2236+0032، مما يدعم اكتشاف المجرة المضيفة. “لقد شاركت بعمق في دراسة سوبارو للكوازارات ذات الانزياح الأحمر العالي منذ سنوات الدكتوراه في المرصد الفلكي الوطني في اليابان. يقول ماسافوسا أونوي: “أنا فخور جدًا بالاكتشاف الناجح لضوء النجوم بواسطة أشباه النجوم HSC الذي وجدناه مع سوبارو”.
باحث مشروع Kavli IPMU Xuheng Ding، والباحث في الفيزياء الفلكية Kavli البروفيسور جون سيلفرمان، والباحث في معهد Kavli لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (PKU-KIAA) Masafusa Onoue (من اليسار إلى اليمين). الائتمان: Kavli IPMU، Kavli IPMU، Masafusa Onoue
ومن الملاحظات، وجد الفريق أن العلاقة بين الثقب الأسود كتلة المجرة المضيفة مماثلة لتلك التي لوحظت في الكون الأحدث. وتشير النتيجة إلى أن العلاقة بين الثقوب السوداء ومضيفيها كانت موجودة بالفعل خلال المليار سنة الأولى بعد ظهور الثقوب السوداء. الانفجار العظيم. سيواصل الفريق هذه الدراسة بعينة أكبر من النجوم الزائفة البعيدة، بهدف تقييد تاريخ النمو التطوري المشترك للثقوب السوداء والمجرات الأم عبر الزمن الكوني. ستقيد هذه الملاحظات نماذج التطور المشترك للثقوب السوداء والمجرات المضيفة لها.
لمعرفة المزيد حول هذا الاكتشاف، راجع الباحثون يكتشفون مجرات مضيفة للكوازار في الكون المبكر.
المرجع: “اكتشاف ضوء النجوم من المجرات المضيفة للكوازارات عند انزياحات حمراء أكبر من 6” بواسطة Xuheng Ding، Masafusa Onoue، John D. Silverman، Yoshiki Matsuoka، Takuma Izumi، Michael A. Strauss، Knud Jahnke، Camryn L. Phillips، Junyao Li، مارتا فولونتيري، زولتان هيمان، إيرهام توفيق أنديكا، كينتارو أوكي، شونسوكي بابا، ريبيكا بيري، سارة إي بوسمان، كونور بوتريل، آنا كريستينا إيلرز، سيجي فوجيموتو، ميلاني هابوزيت، ماساتوشي إيمانيشي، كوهي إينايوشي، كازوشي إيواساوا، نوبوناري كشيكاوا، توشيهيرو. كاواجوتشي، كوتارو كوهنو، شين هسيو لي، أليساندرو لوبي، جيانوي ليو، توهرو ناجاو، رودريك أوفرزير، جان تورج شندلر، مالتي شرام، كازوهيرو شيماساكو، يوشيكي توبا، بيني تراختنبروت، ماكسيم تريبيتش، توماسو تريو، هيديكي أومهاتا، برام بي. فينيمانز، ماريان فيستيرجارد، فابيان والتر، فيج وانج، وجيني يانج، 28 يونيو 2023، طبيعة.
دوى: 10.1038/s41586-023-06345-5
