كيفية إنشاء ثقب أسود من الهواء الرقيق

كم عدد الطرق المتاحة لمغادرة هذا الكون؟

ولعل أشهر عمليات القذف هي التي تتسبب في موت نجم. في عام 1939، جامعة كاليفورنيا في بيركلي الفيزيائي ج. توقع روبرت أوبنهايمر وطالبه هارلان سنايدر أنه عندما ينفد الوقود النووي الحراري من نجم ضخم بما فيه الكفاية، فإنه ينهار إلى الداخل ويستمر في الانكماش إلى الأبد. الضوء يحيط بنفسه فيما يعرف اليوم بالثقب الأسود.

ولكن اتضح أنك لا تحتاج إلى نجم ميت لتكوين ثقب أسود. بدلًا من ذلك، على الأقل في بداية الكون، ربما انهارت سحب عملاقة من الغاز البدائي مباشرة إلى ثقوب سوداء وأمضت ملايين السنين في النجم.

هذا هو الاستنتاج المبدئي الذي توصل إليه مؤخرًا فريق من علماء الفلك الذين يدرسون UHZ-1 بعد الانفجار الكبير. في الواقع، UHZ-1 هو (أو كان) نجمًا زائفًا قويًا يقذف نارًا وأشعة سينية من ثقب أسود هائل قبل 13.2 مليار سنة، عندما لم يكن عمر الكون 500 مليون سنة.

من الناحية الكونية، فإن تشكل مثل هذا الثقب الأسود الهائل من خلال الانهيارات والاندماجات المجرية هو أمر قريب على نحو غير معتاد. بريامفادا ناتاراجان، عالم فلك في جامعة ييل ومؤلف رئيسي مقال نشر في مجلة رسائل الفيزياء الفلكيةويقول زملاؤه أنهم اكتشفوا في UHZ-1 نوعًا جديدًا من الأجرام السماوية، أطلقوا عليه اسم مجرة ​​الثقب الأسود الهائلة، أو OBG. في جوهرها، OBG هي مجرة ​​شابة ترتكز على ثقب أسود تطورت بسرعة كبيرة. . .

إن اكتشاف هذا الكوازار المبكر يمكن أن يساعد علماء الفلك على حل اللغز ذي الصلة الذي طاردهم لعقود من الزمن. تحتوي كل مجرة ​​مرئية في الكون الحديث على ثقب أسود يبلغ حجمه ملايين المليارات من أضعاف حجم الشمس. من أين أتت تلك الوحوش؟ هل يمكن للثقوب السوداء العادية أن تنمو بهذه السرعة؟

دكتور. يقترح ناتاراجان وزملاؤه أن UHZ-1، وربما العديد من الثقوب السوداء الهائلة الأخرى، بدأت كسحب بدائية. ربما تكون هذه السحب قد انهارت إلى حبات ضخمة، وكانت كافية لبدء نمو مجرات الثقوب السوداء الهائلة. إنها تذكير آخر بأن الكون الذي نراه محكوم بهندسة الظلام غير المرئية.

قال الدكتور: “باعتباره أول مرشح لـ OBG، يقدم UHZ-1 دليلاً على تكوين بذور بدائية ثقيلة من السقوط المباشر في الكون المبكر”. كتب ناتاراجان وزملاؤه. في رسالة بالبريد الإلكتروني، “تنتج الطبيعة بذور BH بعدة طرق تتجاوز موت النجوم!”

وقال دانيال هولز، المنظر بجامعة شيكاغو الذي يدرس الثقوب السوداء: “لقد اكتشفت بريا ثقبا أسود مذهلا للغاية، إذا كان حقيقيا”.

وأضاف: “إنه كبير جدًا في وقت مبكر جدًا. إنه مثل النظر إلى فصل دراسي في روضة أطفال، ومن بين الأطفال بعمر 5 سنوات هناك شخص يبلغ طوله 150 رطلاً و/أو طوله ستة أقدام.

وفقًا للقصة التي يرويها علماء الفلك لأنفسهم عن تطور الكون، تكثفت النجوم الأولى من سحب الهيدروجين والهيليوم التي خلفها الانفجار الكبير. لقد احترقت ساخنة وسريعة وسرعان ما انفجرت وانهارت لتشكل ثقوبًا سوداء يبلغ حجمها 10 إلى 100 مرة حجم الشمس.

على مر العصور، تشكلت أجيال متتالية من النجوم من رماد النجوم السابقة، مما أدى إلى إثراء كيمياء الكون. والثقوب السوداء التي خلفتها وفاتها اندمجت بطريقة ما ونمت لتشكل ثقوبًا سوداء هائلة في مراكز المجرات.

وقد تم تصميم تلسكوب جيمس ويب الفضائي، الذي أُطلق قبل عامين في عيد الميلاد هذا العام، لاختبار هذه الفكرة. تحتوي على أكبر مرآة في الفضاء بقطر 21 قدمًا. والأهم من ذلك، أنه مصمم لتسجيل الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء المنبعثة من ضوء أبعد النجوم وبالتالي أقدمها في الكون.

ولكن بمجرد توجيه التلسكوب الجديد نحو السماء، تمكن من رصد مجرات جديدة تحدت توقعات علماء الكون. وقد احتدمت الحجج على مدى العامين الماضيين حول ما إذا كانت هذه الملاحظات تهدد بالفعل النموذج طويل العمر للكون. يصف النموذج كونًا يتكون من كمية مذهلة من كميات ضئيلة من المادة المرئية، و”المادة المظلمة”، التي توفر قوة الجاذبية التي تربط المجرات معًا، و”المادة المظلمة”، التي تدفع هذه المجرات بعيدًا عن بعضها البعض.

يمثل اكتشاف UHZ-1 نقطة انعطاف في هذه المناقشات. استعدادًا لعمليات الرصد المستقبلية للمجرات الضخمة في مجرة ​​النحات باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، قام د. طلب فريق ناتاراجان وقتًا في مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا. تعمل كتلة العنقود كعدسة جاذبية، حيث تعمل على تكبير الأجسام الموجودة خلفها في المكان والزمان. ويأمل الباحثون في الحصول على لمحة من الأشعة السينية عما يمكن للعدسة رؤيته.

ما اكتشفوه كان نجمًا زائفًا مدعومًا بثقب أسود يبلغ حجمه حوالي 40 مليون مرة حجم الشمس. وأكدت المزيد من الملاحظات التي أجراها تلسكوب ويب أنه يبعد عنا 13.2 مليار سنة ضوئية. (يبعد عنقود النحات حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية). وهو أبعد وأقدم كوازار تم اكتشافه على الإطلاق في الكون.

وقال أجوس بوجدان من مركز هارفارد وسميثسونيان للفيزياء الفلكية في بيان صحفي: “كنا بحاجة إلى ويب للعثور على هذه المجرة البعيدة الرائعة، وشاندرا للعثور على ثقبها الأسود الهائل”. “لقد استفدنا أيضًا من العدسة المكبرة الكونية التي عززت كمية الضوء التي اكتشفناها.”

وتشير النتائج إلى أن الثقوب السوداء الهائلة كانت موجودة بعد 470 مليون سنة من الانفجار الكبير. ولم يكن لدى الثقوب السوداء التي تشكلها الجيل الأول من النجوم – التي تتراوح كتلتها من 10 إلى 100 كتلة شمسية – ما يكفي من الوقت للسماح لها بالنمو بهذا الحجم.

هل كانت هناك طريقة أخرى لإنشاء ثقوب سوداء أكبر؟ في عام 2017، اقترح الدكتور ناتاراجان أن السحب المنهارة من الغاز البدائي ربما تكون قد ولدت ثقوبًا سوداء أكبر بـ 10000 مرة من الشمس.

وقال الدكتور هولز: “يمكنك أن تتخيل أن أحد هذه الثقوب ينمو ليصبح هذا الثقب الأسود المبكر النضج”. ونتيجة لذلك، أشار إلى أنه “ستكون هناك دائمًا ثقوب سوداء كبيرة الحجم بشكل مدهش في كل حقبة متتالية في تاريخ الكون”.

دكتور. وقال ناتاراجان: “حقيقة أن هذه الثقوب تبدأ ضخمة جدًا في الحياة تعني أنها ستتطور في النهاية إلى ثقوب سوداء فائقة الضخامة”. لكن لا أحد يعرف كيف يعمل. تشكل الثقوب السوداء نحو 10% من النجم الكوازار المبكر UHZ-1، في حين أنها تشكل أقل من جزء من الألف من كتلة المجرات الحديثة مثل المجرة العملاقة ميسييه 87، التي تبلغ كتلة ثقبها الأسود 6.5. مليار كتلة شمسية عندما تم تصويره بواسطة تلسكوب Event Horizon في عام 2019.

تهيمن تأثيرات ردود الفعل البيئية المعقدة على نمو وتطور هذه المجرات وثقوبها السوداء، مما يتسبب في تراكم كتلتها إلى نجوم وغاز.

وقال الدكتور ناتاراجان: “لذلك، فإن مجموعات OBG المبكرة جدًا هذه تنقل وتسلط الضوء على معلومات حول الفيزياء أكثر من التطور والتطور اللاحق”. وأضاف: “على الرغم من أن لها مضامين مهمة”.

قال الدكتور هولز: “سيكون من الرائع بالتأكيد أن يتبين أن هذا هو ما يحدث، لكنني حقًا لا أدري.” وأضاف: “ستكون قصة رائعة بغض النظر عن كيفية حل لغز الثقوب السوداء الهائلة المبكرة”.