اكتشاف جيمس ويب لمجرة GHZ2 يمكن أن يعيد تعريف كيفية ولادة الثقوب السوداء في الكون المبكر

اكتشف العلماء، باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، علامات على وجود ثقب أسود فائق الكتلة نشط للغاية داخل المجرة البعيدة GHZ2. تم التقاط هذه الظاهرة في وقت كان عمر الكون فيه 350 مليون سنة فقط منذ الانفجار الكبير، مما يثير تساؤلات حول النظريات الحالية المتعلقة بالتشكل الأولي للثقوب السوداء.

تحديد ثقب أسود محتمل في مجرة ​​بعيدة للغاية

تم التعرف على مجرة ​​GHZ2 لأول مرة في عام 2022 من خلال عمليات رصد ويب، وبرزت بين العديد من المجرات الأخرى الواقعة على مسافات شاسعة. استغرق الضوء المنبعث من هذا الجسم السماوي ما يقرب من 13.4 مليار سنة للوصول إلى كوكبنا، مما يسمح للباحثين بدراسته في الفترة البدائية للكون.

الميزة التي جعلت GHZ2 فريدًا لم تكن لمعانه الخافت، بل توهج غريب يتجلى في أطوال موجية محددة من ضوء الأشعة تحت الحمراء. تشير هذه النغمات، التي تعمل كعلامات ذرية في GHZ2، إلى وجود عملية نشطة للغاية تحدث في مركز المجرة.

المزيد عن الموضوع: يساعد الجسم الذي يحتوي على أبعد ثقب أسود على الإطلاق في حل لغز النقاط الحمراء الخاصة بـ Webb

تشير التحليلات الحديثة إلى أن GHZ2 قد يكون موطنًا لأبعد ثقب أسود هائل تم اكتشافه على الإطلاق. يرتقي هذا الاكتشاف بما كان في السابق مجرد نقطة غامضة إلى موضوع أساسي للدراسة لفهم القوانين الفيزيائية التي حكمت الكون في بداياته.

يعتمد البحث الذي طوره الفريق، والذي أصبح متاحًا على خادم ما قبل الطباعة arXiv في 4 نوفمبر وينتظر التحقق من صحته من علماء آخرين، على المعلومات التي تم جمعها بواسطة قطعتين رئيسيتين من المعدات في Webb: مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) وأداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI). إن الجمع بين هذه الأدوات يجعل من الممكن تحليل الضوء القادم من المجرة إلى طيف تفصيلي، مما يسهل إجراء تحليل مفصل.

تحليل الضوء: رؤى من خطوط الانبعاث

السطوع المنبعث من المجرات ليس متجانسا. وقد لوحظ حدوث قمم شديدة من اللمعان عند أطوال موجية محددة، وهي ظاهرة تعرف باسم خطوط الانبعاث. وهي تظهر عندما تتلقى الذرات أو الأيونات الطاقة ثم تشعها بعد ذلك على شكل ضوء.

وفي GHZ2، تصل هذه النقاط المضيئة إلى كثافة ملحوظة، ويصنف العديد منها على أنها “خطوط تأين عالية” من قبل الباحثين. تشير هذه المظاهر الطيفية إلى وجود غاز تعرض لإشعاع يحتوي على نسبة عالية جدًا من الطاقة.

التغطية الكاملة: آخر الأخبار (AR)

يُظهر النمط الطيفي لـ GHZ2 انبعاثًا عالي الطاقة من غير المرجح أن يتم توليده بواسطة النجوم الشابة التقليدية، مما يشير إلى وجود مصدر طاقة غير عادي في قلبه.

من التفاصيل التي لفتت الانتباه على الفور خط C IV البارز، الذي نشأ عن الكربون المتأين ثلاثيًا، أي ذرات الكربون الخالية من ثلاثة إلكترونات. يتطلب إنشاء هذه الحالة النشطة كمية هائلة من الفوتونات ذات الطاقة العالية جدًا.

اعرف المزيد: النقاط الحمراء في الكون: يجد جيمس ويب هياكل غامضة في الكون المبكر

على الرغم من أن النجوم ذات الكتلة العالية والحرارة العالية قادرة على تأين الغازات، إلا أن هناك حدًا أقصى لهذه القدرة. تتجاوز قوة الخط C IV في GHZ2 ما يمكن أن تبرره النماذج التقليدية للمجرات في عملية تكوين النجوم. من ناحية أخرى، فإن نواة المجرة النشطة (AGN)، والتي تتكون من الغاز المتصاعد ويتم امتصاصها في ثقب أسود هائل، هي مصدر طبيعي لهذا النمط الأكثر كثافة من الإشعاع.

دليل على وجود نظام هجين: النجوم ومصدر طاقة إضافي

أنشأ الباحثون نماذج معقدة، تجمع بين سطوع النجوم النموذجية والإشعاع المتوقع من النوى المجرية النشطة. خضعت هذه النماذج لتحسينات متتالية لتحديد التركيبة الأكثر تطابقًا مع المعلومات التي حصل عليها ويب.

اقرأ أيضاً: يكشف جيمس ويب عن خريطة جديدة للشبكة الكونية على نطاق غير مسبوق ويعيد تعريف تطور المجرات

وكان استنتاج العلماء هو أن العديد من الخصائص التي لوحظت في الطيف المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء يمكن أن تعزى بشكل مرض إلى عملية تكوين النجوم المكثفة. ومع ذلك، ظل خط الكربون ومؤشرات التأين العالي الأخرى في حاجة إلى تفسير يتضمن مصدر طاقة إضافيًا وأكثر قوة.

ويشير مثل هذا السيناريو بقوة إلى وجود مجرة ​​”مركبة”، وهي ترتيب كوني حيث تتعايش مجموعة من النجوم الشابة ويصدر ثقب أسود مغذ الضوء في وقت واحد.

• يعد نشاط تكوين النجوم المكثف مسؤولاً عن غالبية خطوط الانبعاث منخفضة ومتوسطة الطاقة.
• وتعزز خطوط التأين العالية، وخاصة C IV، فرضية وجود ثقب أسود نشط.
• من المحتمل أن GHZ2 يحتوي على عملية انفجار نجمي قوية ونواة نشطة نشطة في مركزه.

وعلى الرغم من الأدلة، فإن الوضع ليس واضحا تماما. لا يُظهر GHZ2 بعض السمات الكلاسيكية للنوى المجرية النشطة التي غالبًا ما يتم ملاحظتها في المجرات الأقرب، مثل نسب الخطوط المحددة وبعض ميزات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. وهذا الغياب يترك المجال لتفسيرات أخرى.

في نفس الموضوع: ويشير اكتشاف جيمس ويب إلى وجود نجوم ذات ثقوب سوداء في فجر الكون

أحد الاحتمالات التي تم أخذها بعين الاعتبار هو أن مجرة ​​GHZ2 يمكن أن تؤوي نجومًا سريعة الزوال ذات كتل كبيرة للغاية، أكبر بمئات أو آلاف المرات من كتلة الشمس، والتي ستكون قادرة على توليد إشعاعات أقوى من إشعاع النجوم التقليدية. تقترح نظرية أخرى أن التكوين النجمي الأصلي للمجرة يعمل بشكل مختلف عن النجوم الموجودة في المجرات المعاصرة، الأمر الذي من شأنه أن يغير المظهر المتوقع لخطوط الانبعاث.

تحديات مثل هذا الثقب الأسود الهائل في الكون الشاب

إذا كان GHZ2 يستضيف بالفعل ثقبًا أسود فائق الكتلة في مثل هذه الفترة المبكرة من وجود الكون، فسيظهر سؤال معقد للعلماء: كيف يمكن أن يصل إلى هذا الحجم في مثل هذا الإطار الزمني المحدود؟

يبدأ الثقب الأسود بأبعاد صغيرة ثم تتوسع كتلته عن طريق امتصاص الغاز أو الغبار أو النجوم أو من خلال الاتحاد مع ثقوب سوداء أخرى. ومع ذلك، في المرحلة التي كان عمر الكون فيها 350 مليون سنة فقط، فإن الفترة المتاحة لتطور جسم تبلغ كتلته ملايين المرات من كتلة الشمس ستكون محدودة للغاية.