الثقب الأسود الذي كان سابق لعصره

قاد الدكتور بيني تراختنبروت، الباحث الإسرائيلي الذي يتلقى تدريب ما بعد الدكتوراه في المعهد السويسري للتكنولوجيا ETH، دراسة تتضمن ملاحظات الثقوب السوداء القديمة بمساعدة تلسكوب كيك العملاق في هاواي. وتم إجراء الملاحظات بمساعدة أداة حديثة في مجال الأشعة تحت الحمراء، وأشارت إلى اكتشاف ثقب أسود عملاق يتواجد في مجرة ​​عادية إلى حد ما في الكون المبكر.

يوجد في مركز معظم المجرات في الكون ثقب أسود ضخم ومن المقبول الاعتقاد أنه في معظم الحالات في المجرات الأكبر يكون الثقب الأسود أكثر كتلة. اكتشف فريق من الباحثين من معهد ETH للتكنولوجيا في سويسرا من عمليات رصد الكون المبكر مجرة ​​متوسطة الحجم بها ثقب أسود كبير للغاية ينمو بمعدل أسرع من المعدل الذي نمت به المجرة التي توجد فيها. تثير نتائج الدراسة الجديدة تساؤلات حول افتراض أن المجرات والثقوب السوداء في مركزها تتطور معًا. ونشرت نتائج البحث في العدد الجديد من مجلة ساينس المرموقة.

قاد بيني تراختنبروت، الباحث الإسرائيلي الذي يتلقى تدريب ما بعد الدكتوراه في المعهد السويسري للتكنولوجيا ETH، دراسة تتضمن مراقبة الثقوب السوداء القديمة بمساعدة تلسكوب كيك العملاق في هاواي. وتم إجراء الملاحظات بمساعدة أداة حديثة في مجال الأشعة تحت الحمراء، وأشارت إلى اكتشاف ثقب أسود عملاق يتواجد في مجرة ​​عادية إلى حد ما في الكون المبكر. وبما أن الضوء المنبعث من الجسم، المعروف باسم CID-947، قطع مسافة طويلة جدًا قبل أن يصل إلى الأرض، فقد لاحظه العلماء كما كان عندما كان عمر الكون أقل من 2 مليار سنة، أي حوالي سُبع عمره الحالي. (وهو أقل بقليل من 14 مليار سنة).
ومن تحليل البيانات التي تم جمعها في عمليات الرصد، اتضح أن الثقب الأسود الموجود في مركز CID-947 له كتلة أكبر من كتلة الشمس بنحو 7 مليارات مرة، لذا فهو من بين أكبر الثقوب السوداء. لوحظ حتى الآن. لكن الاكتشاف الذي فاجأ العلماء أكثر من غيره هو أن كتلة الثقب الأسود أصغر بنحو 10 مرات فقط من كتلة المجرة بأكملها التي يتواجد فيها. في الكون القريب منا (في المكان والزمان)، تكون كتلة معظم الثقوب السوداء أصغر بـ 200 إلى 500 مرة من كتلة المجرات التي تتواجد فيها. يوضح تراختنبروت، الذي أكمل دراسة الدكتوراه في جامعة تل أبيب: "تشير قياساتنا إلى أن هذه مجرة ​​ذات كتلة طبيعية للغاية". "إننا نشهد نظام ثقب أسود هائل موجود في مجرة ​​طبيعية تمامًا." وكانت النتيجة مفاجئة للغاية لدرجة أن الفريق قرر أن يقوم اثنان من الباحثين بقياس كتلة المجرة بشكل مستقل عن بعضهما البعض. كلا القياسين أدى إلى نفس النتيجة.

ما الذي تغير في الكون المبكر؟
تحتوي معظم المجرات الموجودة في الكون، بما في ذلك مجرتنا الأم -"درب التبانة" - على ثقوب سوداء ضخمة في مركزها، كتلتها أكبر بملايين أو حتى مليارات المرات من كتلة الشمس. "إن جاذبية الثقوب السوداء قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء - ولا حتى الضوء - أن يفلت من جاذبيتها. "تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين كيف تشوه هذه الأجسام الغريبة الزمكان نفسه"، يوضح عالم الفيزياء الفلكية البروفيسور هاجي نيتزر من جامعة تل أبيب - خبير في الثقوب السوداء الضخمة (الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة). ويتم اكتشاف مثل هذه الثقوب السوداء بفضل الإشعاع المنبعث من الغاز الساخن الذي يسقط فيها بسرعات عالية.

أظهرت العديد من الملاحظات التي تم إجراؤها حتى الآن أنه كلما زاد عدد النجوم في مجرة ​​معينة، زاد حجم الثقب الأسود في مركزها. "يصف هذا الارتباط ما يحدث في الكون القريب منا، أي الوضع في عصرنا" يشرح تراختنبروت. هذا الارتباط، بالإضافة إلى أدلة أخرى، دفع مجتمع البحث إلى افتراض أن نمو الثقوب السوداء يتقدم بطريقة متكاملة مع تكوين نجوم جديدة في المجرات. هذه فكرة بسيطة إلى حد ما إذا افترضنا أن خزانًا مشتركًا من الغاز البارد هو المسؤول عن تكوين النجوم و"تغذية" الثقب الأسود في المركز. ومع ذلك، فقد أثارت العديد من الدراسات في السنوات الأخيرة احتمال أن الإشعاع المنبعث من اقتراب الثقب الأسود أثناء عملية نموه يمكن أن يؤثر بل ويوقف تكوين النجوم تمامًا، عن طريق تسخين الغاز في جميع أنحاء المجرة. تظهر الدراسة الجديدة أن العمليتين، خلق النجوم في المجرات وانبعاث الإشعاع بالقرب من الثقب الأسود، ليسا بالضرورة مرتبطين ببعضهما البعض - على الأقل ليس في الكون المبكر.

"تكمن أهمية اكتشافنا في أن الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة CID-947 تمكن من النمو بكفاءة أكبر بكثير من معدل النمو الناتج عن تكوين النجوم، على عكس توقعات النماذج التي تركز على تطور موازٍ. " حتى أن الباحثين خلصوا إلى أنه بينما يقترب الثقب الأسود من نهاية عملية النمو، فإن معدل إنشاء نجوم جديدة في المجرة لا يزال مرتفعا وستستمر المجرة في النمو حتى بعد توقف الثقب الأسود عن النشاط. ويبدو أن الإشعاعات والجسيمات المنبعثة من محيط الثقب الأسود أثناء نموه، لم تبطئ عملية نشوء النجوم. ويعتقد الباحثون أن الأجسام مثل CID-947 قد تشكل مصدرًا لأكبر المجرات التي تمت ملاحظتها في الكون المحلي.

البحث الجديد – المعلومات الببليوجرافية :
تراختنبروت بي، أوري ميجان سي، سيفانو إف، روزاريو دي جي، إلفيس إم، شاوينسكي كيه، سوه إتش، بونجيورنو إيه، سيمونز بي دي:
ثقب أسود هائل في مجرة ​​نموذجية لتشكل النجوم، بعد ملياري سنة من الانفجار الكبير
العلوم المجلد 349 (العدد 6244) الصفحات 168-171 (2015)

شكرًا للدكتور بيني تراختنبروت على الترجمة.