ثقب أسود عتيق يتحدى النظريات الكونية بنموه الهائل وتصرفاته الغامضة

عالمي - وكالة أنباء إخباري

ثقب أسود عتيق يتحدى النظريات الكونية بنموه الهائل وتصرفاته الغامضة

في اكتشاف يهدد بإعادة كتابة الفصول الأولى من تاريخ الكون، رصد علماء الفلك ثقبًا أسود فائق الكتلة (SMBH) يتصرف بطرق لم تكن متوقعة، متحديًا النظريات السائدة حول كيفية نمو هذه الأجرام السماوية العملاقة. يُعرف هذا الكوازار القديم باسم ID830، وهو ينمو بمعدل مذهل، متجاوزًا "الحد الأقصى للسرعة" الكوني بمقدار 13 مرة، بينما يُصدر في الوقت نفسه إشعاعات سينية وراديوية شديدة، وهي سمات لم يُتوقع وجودها معًا.

يقع ID830 على بعد حوالي 12 مليار سنة ضوئية، مما يعني أننا نراه كما كان عليه عندما كان عمر الكون حوالي 15% فقط من عمره الحالي. في ذلك الوقت المبكر، كان هذا الثقب الأسود الهائل يزن بالفعل 440 مليون كتلة شمسية، مما يجعله أكثر ضخامة بأكثر من 100 مرة من القوس A*، الثقب الأسود فائق الكتلة في قلب مجرتنا درب التبانة. هذا النمو السريع في فجر الكون يمثل تحديًا كبيرًا لنماذج التطور الكوني.

الظاهرة الأساسية التي يتجاوزها ID830 هي "حد إدينغتون"، وهو الحد النظري الذي يصف أقصى معدل يمكن للثقب الأسود أن يستهلك به المادة. عندما تنجذب الغازات والغبار نحو الثقب الأسود، تتراكم في قرص تراكمي دوار. تسحب الجاذبية المادة من هذا القرص إلى الثقب الأسود، لكن المادة المتساقطة تولد ضغط إشعاعي يدفع إلى الخارج، مما يمنع المزيد من المادة من السقوط. هذه العملية ذاتية التنظيم تضع "كمامة" على الثقوب السوداء، لكن ID830 يبدو أنه قد نزعها.

ومع ذلك، يمكن للثقوب السوداء أن تتجاوز حد إدينغتون مؤقتًا وتخضع لفترات نمو سريعة، تُعرف باسم "النمو فوق حد إدينغتون". يقترح الباحثون آليات متعددة لهذه "الشراهة الكونية". يوضح أنتوني تايلور، عالم الفلك في جامعة تكساس في أوستن، أنه "يجب أن يكون من الممكن تمامًا للثقب الأسود أن يستهلك المادة بشكل أسرع من حد إدينغتون لفترة قصيرة من الزمن قبل أن يتراكم ضغط الإشعاع للحد من معدل التراكم." آلية أخرى محتملة هي أن الثقب الأسود يستهلك المادة من قرص حول خط استوائه بينما يطرد ضغط الإشعاع المادة من قطبيه، مما يسمح بتجاوز حد إدينغتون دون مواجهة مباشرة لتدفق المادة.

تتوافق ميكانيكا النمو فوق حد إدينغتون مع الملاحظات الحديثة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، الذي كشف عن أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة نمت بشكل أسرع وبوقت أبكر بكثير مما كان متوقعًا في الكون المبكر. هذا يثير السؤال: كيف أصبحت الثقوب السوداء فائقة الكتلة ضخمة جدًا وبهذه السرعة؟ تشير بعض النظريات إلى أن النجوم من الجيل الثالث (Population III stars)، وهي النجوم الأولى والأكبر في التاريخ الكوني، انهارت لتنتج "بذور" ثقوب سوداء بكتلة 1000 كتلة شمسية أو أكثر. لكن حتى هذه البذور الضخمة كانت ستحتاج إلى التغذية بحد إدينغتون لأكثر من 650 مليون سنة للوصول إلى بعض الأحجام المرصودة، وهو ما يبدو غير عملي بسبب الكميات الهائلة من الغاز المطلوبة.

قام الباحثون بحساب معدل نمو ID830 عن طريق قياس سطوعه في أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية والسينية. يشير سطوعه في الأشعة السينية إلى أنه يراكم الكتلة بمعدل حوالي 13 ضعف حد إدينغتون. ويُعزى هذا النمو المفاجئ إلى "دفقة مفاجئة من الغاز المتدفق"، والتي ربما حدثت عندما مزق ID830 وابتلع جرمًا سماويًا كبيرًا، مثل نجم عملاق أو سحابة غاز ضخمة، اقترب منه كثيرًا. توضح ساكيكو أوبوتشي، عالمة الفلك في جامعة واسيدا بطوكيو، أن هذه المراحل فوق إدينغتون قد تكون قصيرة جدًا، حيث "من المتوقع أن تستمر هذه المرحلة الانتقالية لمدة 300 عام تقريبًا."

ما يجعل ID830 أكثر غرابة هو إصداره المتزامن لإشعاعات راديوية وسينية. لا يُتوقع أن تتواجد هاتان السمتان معًا، خاصة وأن التراكم فوق حد إدينغتون يُعتقد أنه يثبط مثل هذه الانبعاثات. يشير هذا التوليف غير المتوقع إلى آليات فيزيائية لم يتم التقاطها بالكامل بعد في النماذج الحالية للتراكم الشديد وإطلاق النفاثات. بينما يطلق ID830 نفاثات راديوية ضخمة من قطبيه، يبدو أن انبعاثات الأشعة السينية تنشأ من "هالة" (corona)، وهي سحابة رقيقة ومضطربة من الجسيمات المشحونة بدرجة حرارة مليار درجة، تتكون بفعل الحقول المغناطيسية الشديدة من قرص التراكم، وتدور حول الثقب الأسود بسرعة تقارب سرعة الضوء.

تشير سلوكيات ID830 التي تكسر القواعد إلى أنه في مرحلة انتقالية نادرة من الاستهلاك المفرط والإخراج. هذه الدفقة الهائلة من التغذية قد نشطت نفاثاته وهالته، مما يجعل ID830 يتوهج بشدة عبر أطوال موجات متعددة بينما يلفظ الإشعاع الزائد. علاوة على ذلك، تشير تحليلات سطوع الأشعة فوق البنفسجية إلى أن الكوازارات مثل ID830 قد تكون أكثر شيوعًا مما كان يُعتقد سابقًا في الكون المبكر، مما يشير إلى أن ما يصل إلى 10% من الكوازارات قد تمتلك نفاثات راديوية مذهلة.

الأهم من ذلك، يُظهر ID830 أيضًا كيف يمكن للثقوب السوداء فائقة الكتلة تنظيم نمو المجرات في الكون المبكر. عندما يلتهم الثقب الأسود المادة بحد فوق إدينغتون، يمكن للطاقة الناتجة عن انبعاثاته أن تسخن وتشتت المادة في الوسط بين النجمي، وهو الغاز بين النجوم، لقمع تكوين النجوم. وبالتالي، قد تكون الثقوب السوداء فائقة الكتلة القديمة مثل ID830 قد نمت بشكل هائل على حساب المجرات المضيفة لها. تلخص أوبوتشي الأمر بقولها: "إذا كانت الثقوب السوداء فوق إدينغتون أكثر شيوعًا مما كنا نعتقد، فمن المحتمل أن تكون هناك بعض الفجوات الكبيرة في فهمنا لكيفية تشكل الأجرام في الكون المبكر. يضيف هذا الاكتشاف إلى مجموعة متزايدة من الأدلة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي التي تظهر النجوم والمجرات والثقوب السوداء في الكون القديم تبدو أكبر وأكثر نضجًا بكثير مما تقوله النظرية."

وكالة أنباء إخباري