كيف تم تشكيل أول ثقوب سوداء هائلة في الكون؟ يظهر نموذج جديد لتطور المجرات والثقوب السوداء أن التصادمات تظهر أن المجرات المتصادمة من المحتمل أن تكون قد ولدت ثقوب سوداء تشكلت قبل حوالي 13 مليار سنة. يملأ الاكتشاف فصلاً مفقودًا من تاريخ الكون المبكر ، ويمكن أن يساعد في كتابة الفصل التالي - الذي يفهم فيه العلماء بشكل أفضل كيف شكلت الجاذبية والمادة المظلمة الكون كما نعرفه.
بعد الاكتشاف الأخير أن المجرات تشكلت في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون مما كان يعتقد سابقًا ، ابتكر Stelios Kazantzidis من جامعة ولاية أوهايو وفريقه محاكاة حاسوبية جديدة تظهر أن أول ثقوب سوداء ضخمة على الإطلاق قد ولدت عندما اصطدمت تلك المجرات المبكرة ودمجها معًا. حدث هذا على الأرجح خلال السنوات القليلة الأولى بعد الانفجار الكبير.
قال كازانتزديس "نتائجنا تضيف معلماً جديداً إلى الإدراك المهم لكيفية تشكل البنية في الكون".
في السابق ، كان الفلكيون يعتقدون أن المجرات تطورت بشكل هرمي ، حيث تجذب الجاذبية أجزاء صغيرة من المادة معًا أولاً ، وتلت تلك القطع الصغيرة تدريجيًا لتكوين هياكل أكبر.
لكن النماذج الجديدة تحول هذه الفكرة رأساً على عقب.
وقال: "مع هذه الاكتشافات الأخرى ، تظهر نتائجنا أن الهياكل الكبيرة - كل من المجرات والثقوب السوداء الهائلة - تتراكم بسرعة في تاريخ الكون". "من المدهش أن هذا يتعارض مع تكوين الهيكل الهرمي. يتم حل المفارقة بمجرد أن يدرك المرء أن المادة المظلمة تنمو بشكل هرمي ، ولكن المادة العادية لا تنمو. المادة الطبيعية التي تشكل المجرات المرئية والثقوب السوداء الهائلة تنهار بكفاءة أكبر ، وكان هذا صحيحًا أيضًا عندما كان الكون صغيرًا جدًا ، مما أدى إلى تكوين مضاد للمسلسل الهرمي للمجرات والمجاري السوداء. "
وهذا يعني أن المجرات الكبيرة والثقوب السوداء الضخمة تتجمع بسرعة ، وتتشكل قطع أصغر مثل مجرتنا درب التبانة - والثقب الأسود الصغير نسبيًا في مركزها - ببطء أكثر. وقال كازانتزديس إن المجرات التي شكلت أول ثقوب سوداء ضخمة ما زالت موجودة.
كانت المحاكاة الجديدة التي أجريت على الحواسيب الفائقة قادرة على حل الميزات التي كانت أصغر 100 مرة ، وكشفت التفاصيل في قلب المجرات المدمجة على مقياس أقل من سنة ضوئية.
وبسبب هذا ، تمكن الفلكيون من رؤية شيئين: الأول ، الغاز والغبار في وسط المجرات المكثفة لتشكيل قرص نووي ضيق. ثم أصبح القرص غير مستقر ، وانكمش الغاز والغبار مرة أخرى ، لتشكيل سحابة أكثر كثافة أدت في النهاية إلى ثقب أسود فائق الكتلة.
وقال Kazantzidis الآثار المترتبة على علم الكونيات بعيدة المدى.
"على سبيل المثال ، يجب مراجعة الفكرة المعيارية - وهي أن خصائص المجرة وكتلة الثقب الأسود المركزي بسبب نمو الاثنين بالتوازي -. في نموذجنا ، ينمو الثقب الأسود أسرع بكثير من المجرة. لذلك يمكن أن يكون الثقب الأسود غير منظم على الإطلاق من خلال نمو المجرة. يمكن أن يكون أن المجرة ينظمها نمو الثقب الأسود ".
يمكن أن يساعد هذا النموذج الجديد أيضًا علماء الفلك الذين يبحثون في السماء عن أدلة مباشرة على نظرية النسبية العامة لأينشتاين: موجات الجاذبية.
وفقًا للنسبية العامة ، فإن أي اندماج مجرات قديم كان سيخلق موجات جاذبية ضخمة - تموجات في سلسلة متصلة من الزمكان - لا تزال بقاياها مرئية حتى اليوم.
تم تصميم أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الجديدة ، مثل هوائي الفضاء التداخل بالليزر التابع لناسا ، لاكتشاف هذه الموجات مباشرة ، وفتح نافذة جديدة في الظواهر الفيزيائية الفلكية والفيزيائية التي لا يمكن دراستها بطرق أخرى.
سيحتاج العلماء إلى معرفة كيف تشكلت الثقوب السوداء الضخمة في الكون المبكر وكيف يتم توزيعها في الفضاء اليوم من أجل تفسير نتائج تلك التجارب. يجب أن توفر المحاكاة الحاسوبية الجديدة دليلاً.
انظر هذا الرابط للحصول على مقاطع فيديو لنماذج اصطدام المجرات.
المصدر: جامعة ولاية أوهايو
