By Hafifah Aman 
باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، وجد علماء الفلك أن كوننا البالغ من العمر 13.8 مليار سنة يحتوي على عدد أقل من الثقوب السوداء الهائلة مما كان متوقعا سابقا عندما كان عمره 4 إلى 6 مليارات سنة.
الملايين أو المليارات من الثقوب السوداء بحجم الشمس هي عبارة عن أقراص مسطحة تسمى الأقراص التي تنمو عن طريق التغذي على المواد المحيطة بها. تعمل تأثيرات الجاذبية لهذه الثقوب السوداء على تسخين المادة وبالتالي تنبعث منها كميات هائلة من الإشعاع. وعندما يشارك الثقب الأسود في هذه العملية المكثفة، تُعرف المنطقة بأكملها (بما في ذلك تلك الطائرات المشعة) باسم نواة مجرة نشطة، أو AGN.
على الرغم من وجود الثقوب السوداء فائقة الكتلة في جميع المجرات الضخمة، إلا أنه ليس كل هذه الأجسام ذات الجاذبية الضخمة تستهلك ما يكفي من المواد للوصول إلى حالة AGN. يمكن للنوى المجرية النشطة أن تبعث كميات كبيرة من الضوء، غالبًا ما تتجاوز اللمعان المشترك لكل نجم في المجرات التي تستضيفها.
يتم تقديم هذه النتائج بواسطة JWST أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI)، تقديم نظرة ثاقبة لخصائص AGN والتأكيد على التحديات المرتبطة بالعثور على هذه المرايا في الكون المبكر. مدعوم من برنامج علوم الإصدار المبكر للتطور الكوني (CEERS).وتشير النتائج أيضًا إلى أن كوننا ربما كان أكثر استقرارًا مما كان متوقعًا خلال سنوات “المراهقة”، والتي يتوقع العلماء أنها الفترة الأكثر كثافة لتكوين النجوم.
متعلق ب: كيف توسعت الثقوب السوداء الهائلة بهذه السرعة بعد الانفجار الكبير؟
وتوصل الفريق إلى استنتاجاته أثناء دراسة منطقة من الفضاء تُعرف باسم شريط النمو الممتد، والتي تقع بالقرب من كوكبة الدب الأكبر بين كوكبتي الدب الأكبر وبوديس. وقد تمت دراسة المنطقة، التي تضم ما يقدر بنحو 50 ألف مجرة، على نطاق واسع، ولكن لم يتم استخدام تلسكوب قوي مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
وقالت أليسون كيركباتريك، قائدة الفريق والأستاذ المساعد في علم الفلك والفيزياء بجامعة كانساس: “تم إجراء ملاحظاتنا في يونيو وديسمبر الماضيين، وكنا نهدف إلى توصيف شكل المجرات عندما كانت النجوم تتشكل في الكون”. قال في بيان. “إنها لمحة عن آخر 7 إلى 10 مليارات سنة.”
باستخدام MIRI، قال كيركباتريك إنه وزملاؤه بحثوا وراء الغبار في المجرات منذ 10 مليارات سنة، والذي يمكن أن يخفي الأحداث الكونية مثل تكوين النجوم الحالي والثقوب السوداء المتنامية فائقة الكتلة.
وأضاف: “لذلك قمت بإجراء أول مسح للبحث عن الثقوب السوداء الهائلة الكامنة في مراكز هذه المجرات”.
تقدم المجرات المبكرة ذات الثقب الأسود الهائل مفاجأة مزدوجة
فاجأت الدراسة كيركباتريك وزملائه. وتوقعوا أن يجد تلسكوب جيمس ويب الفضائي عددًا أكبر من النوى المجرية النشطة مقارنة بالمسوحات السابقة لنفس المنطقة التي أجراها تلسكوب سبيتزر الفضائي. ولكن بدلاً من ذلك، تم العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة فقط، تتغذى على الإضافات.
وقال كيركباتريك: “كانت النتائج مختلفة تماما عما توقعته، وهو ما أدى إلى أول مفاجأة كبيرة لي”. “أحد الاكتشافات الملحوظة هو عدم وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة سريعة النمو. وهذا الاكتشاف يثير تساؤلات حول موقع هذه الأشياء.”
واقترح أن الثقوب السوداء قد تنمو بمعدل أبطأ من المتوقع، وأن معدلات تغذية الثقوب السوداء ربما أخطأت في الحساب من قبل سبيتزر لأن التلسكوب سمح لعلماء الفلك بالعثور على مجرات أكثر سطوعًا وأكثر ضخامة مع ثقوب سوداء فائقة الكتلة سريعة النمو.
ومن المعروف أنها تبعث ضوءًا أكثر من الثقوب السوداء الهائلة، التي تتغذى بمعدل أبطأ، مما يجعل اكتشافها أسهل.
يعد نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة في بداية الكون لغزًا مهمًا يتعين على علماء الفضاء حله، حيث يُعتقد أن هؤلاء العمالقة الكونيين يؤثرون بشكل كبير على محيطهم. يمكنها التأثير على نمو المجرات المضيفة لها، على سبيل المثال، وتكوين النجوم المعتدل، مما يجعلها عنصرًا مهمًا في التطور الشامل للكون.
وتابع كيركباتريك: “تشير نتائج الدراسة إلى أن هذه الثقوب السوداء لم تنمو بسرعة، وامتصت مواد محدودة، ولم تؤثر بشكل كبير على المجرات المضيفة لها”. “يفتح هذا الاكتشاف منظورًا جديدًا لتطور الثقب الأسود، حيث يعتمد فهمنا الحالي إلى حد كبير على الثقوب السوداء فائقة الكتلة في المجرات الضخمة التي لها تأثيرات كبيرة على مضيفيها، ولكن الثقوب السوداء الأصغر حجمًا في هذه المجرات قد تفعل ذلك. لا.”
ومع ذلك، لم يكن من المفاجئ أن تقع هذه المجرات في أحضان كيركباتريك وفريقه. كما اندهش الباحثون من غياب الغبار في المجرات التي درسوها.
وقال كيركباتريك: “باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، يمكننا تحديد المجرات الأصغر بكثير من ذي قبل، بما في ذلك حجم درب التبانة أو أصغر، وهو ما كان مستحيلاً في السابق عند هذه الانزياحات الحمراء (المسافات الكونية)”. “بشكل عام، تحتوي المجرات الضخمة جدًا على الكثير من الغبار بسبب معدلات تكوين النجوم السريعة.”
وتابع: “افترضت أن المجرات ذات الكتلة المنخفضة ستحتوي على كمية كبيرة من الغبار، لكنها لم تفعل ذلك، متحدية توقعاتي وقدمت اكتشافًا آخر مثيرًا للاهتمام”.
يمكن أن يكون لهذا العمل أيضًا آثار أقرب إلى كوكب القوس A* (Sgr A*)، وهو الثقب الأسود الهائل غير النشط والذي يتغذى ببطء والذي يقع في مركز درب التبانة.
في الأساس، يبتلع الثقب الأسود الهائل في مجرتنا مادة صغيرة جدًا، بحيث لو كان إنسانًا، لكانت موجودة في غذاء حبة أرز كل مليون عام. لكن النتائج التي توصل إليها الفريق قد تشير إلى أن الرقيب أ* ربما لم يكن دائمًا آكلًا بضمير حي.
ويشيرون إلى أنه حتى مجرة درب التبانة ربما كانت تحتوي في يوم من الأيام على نوى نشطة في قلبها.
وقال كيركباتريك: “يبدو ثقبنا الأسود عشوائيًا للغاية، ولا يُظهر الكثير من النشاط. والسؤال المهم حول مجرة درب التبانة هو ما إذا كانت نشطة أم أنها مرت بمرحلة AGN”. “قد يشير هذا إلى أن ثقبنا الأسود لم يكن نشطًا جدًا في الماضي، حيث أن معظم المجرات مثل مجرتنا ليس لديها مجرات مجرة نشطة يمكن اكتشافها.
“في نهاية المطاف، ستساعدنا هذه المعرفة في تقييد وقياس كتل الثقب الأسود، وتسليط الضوء على أصل الثقوب السوداء المتنامية، والذي يظل سؤالا بلا إجابة.”
عرض الباحث في جامعة كانساس مزيدًا من الوقت مع JWST لمواصلة دراساته في مجال شريط النمو الموسع باستخدام MIRI. وهذا يعني أنه بينما يركز هذا البحث الحالي على 400 مجرة فقط، فإن العمل المستقبلي سيركز على 5000 مجرة مبكرة.
تم قبول بحث الفريق للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية، مع توفر نسخة تمت مراجعتها لاحقًا في مستودع الورقة. arXiv.