لقد وجد الفلكيون بعض الثقوب السوداء الهائلة للغاية ، والتي تشكلت عندما كان الكون صغيرًا جدًا. لكنهم كانوا في حيرة من كيفية نمو الثقب الأسود بهذا الحجم الهائل عندما كان الكون نفسه مجرد طفل صغير.
وجد علماء الفلك الآن مجموعة فريدة من الظروف كانت موجودة بعد نصف مليار عام من الانفجار الكبير الذي سمح بتكوين هذه الثقوب السوداء الوحشية. خلق مصدر غير عادي للإشعاع الشديد ما يسمى "الثقوب السوداء المنهارة مباشرة".
قال فولكر بروم من جامعة تكساس في أوستن ، الذي عمل مع العديد من علماء الفلك على هذا الاكتشاف: "إنها معجزة كونية". "إنه الوقت الوحيد في تاريخ الكون الذي تكون فيه الظروف مناسبة لتكوينها".
يُطلق على الفهم التقليدي لكيفية تشكل الثقوب السوداء نظرية التراكم ، حيث ينهار نجم ضخم للغاية و "بذور" الثقب الأسود من الانهيار عن طريق سحب الغاز من محيطه ومن خلال اندماج الثقوب السوداء الأصغر. لكن هذه العملية تستغرق وقتًا طويلاً ، أطول بكثير من الوقت الذي كانت تتواجد فيه هذه الثقوب السوداء بسرعة. بالإضافة إلى ذلك ، لم يكن الكون المبكر يحتوي على كميات الغاز والغبار اللازمة لتنمو الثقوب السوداء الهائلة إلى حجمها الهائل.
تشير النتائج الجديدة بدلاً من ذلك إلى أن بعض الثقوب السوداء الأولى تشكلت مباشرة عندما انهارت سحابة من الغاز ، متجاوزة أي مراحل وسيطة أخرى ، مثل تكوين نجم ضخم وتدميره لاحقًا.
بالطبع ، مثل أي ثقب أسود ، لا يمكن رؤية هذه الثقوب السوداء "الانهيار المباشر". ولكن كان هناك دليل قوي على وجودها ، حيث أنها ضرورية لتشغيل الكوازارات المضيئة للغاية التي تم اكتشافها في الكون الصغير. يأتي سطوع الكوازار الكبير من المادة المتصاعدة إلى ثقب أسود فائق الكتلة ، يسخن إلى ملايين الدرجات ، مما يخلق نفاثات تلمع مثل المنارات عبر الكون. ولكن بما أن نظرية التراكم لا تفسر الثقوب السوداء الهائلة في الكون البعيد للغاية - وبالتالي الشباب - فلا يمكن لعلماء الفلك تفسير الكوازارات أيضًا. وقد تم تسميتها "مشكلة بذور الكوازار".
قال آفي لوب من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، الذي عمل مع بروم: "الكوازارات التي لوحظت في الكون المبكر تشبه الأطفال العملاقين في غرفة الولادة المليئة بالرضع العاديين". "يتساءل المرء: ما الذي يميز البيئة التي رعاها هؤلاء الأطفال العملاقون؟ عادة يتم استهلاك خزان الغاز البارد في المجرات القريبة مثل درب التبانة في الغالب من خلال تكوين النجوم. "
ولكن في عام 2003 ، توصل بروم ولوب إلى فكرة نظرية للحصول على مجرة مبكرة لتشكيل ثقب أسود فائق الكتلة ، عن طريق قمع مدخلات الطاقة المحظورة من تكوين النجوم. أطلقوا على العملية "الانهيار المباشر".
قال بروم: "ابدأ بـ" سحابة بدائية من الهيدروجين والهيليوم ، تتلاشى في بحر من الأشعة فوق البنفسجية. "أنت تحطم هذه السحابة في مجال الجاذبية لهالة من المادة المظلمة. عادة ، ستكون السحابة قادرة على التبريد ، وتفتت لتشكيل النجوم. ومع ذلك ، فإن الفوتونات فوق البنفسجية تحافظ على الغاز ساخنًا ، وبالتالي تقمع أي تكوين نجمي. هذه هي الظروف المرغوبة شبه المعجزة: الانهيار بدون تفتيت! مع ازدياد ضغط الغاز ، أصبح لديك في النهاية الظروف اللازمة لثقب أسود هائل. "
يبدو أن هذه المجموعة من الظروف الكونية كانت موجودة فقط في الكون المبكر ، وهذه العملية لا تحدث في المجرات اليوم.
لاختبار نظريتهم ، بدأ بروم ولوب وزميلهم آرون سميث في دراسة مجرة تسمى CR7 ، تم تحديدها من خلال استطلاع تلسكوب هابل الفضائي الذي يسمى COSMOS على أنه موجود بعد أقل من مليار سنة بعد الانفجار العظيم.
قام ديفيد سوبرال من جامعة لشبونة بملاحظات متابعة لـ CR7 مع بعض أكبر التلسكوبات الأرضية في العالم ، بما في ذلك Keck و VLT. كشفت هذه بعض الميزات غير العادية للغاية في التوقيع الخفيف القادم من CR7. على وجه التحديد ، كان خط الهيدروجين ليمان ألفا أكثر سطوعًا من المتوقع عدة مرات. بشكل ملحوظ ، أظهر الطيف أيضًا خط هيليوم مشرق بشكل غير عادي.
قال سميث ، على بعد حوالى 100 ألف درجة مئوية ، "مهما كان الدافع وراء هذا المصدر ، فهو ساخن للغاية - ساخن بما يكفي لتأين الهيليوم".
هذه وغيرها من الميزات غير العادية في الطيف تعني أنها يمكن أن تكون إما مجموعة من النجوم البدائية أو ثقب أسود فائق الكتلة من المحتمل أن يتشكل من الانهيار المباشر.
قال سميث إنه قام بمحاكاة لكل من السيناريوهين ، وبينما فشل سيناريو الكتلة النجمية بشكل مذهل ، إلا أن نموذج الثقب الأسود المنهار مباشرة كان جيدًا.
أيضًا ، في وقت سابق من هذا العام ، استخدم الباحثون بيانات مجمعة من مرصد تشاندرا للأشعة السينية ، وتلسكوب هابل الفضائي ، وتلسكوب سبيتزر الفضائي لتحديد بذور الثقب الأسود المحتملة هذه. لقد وجدوا شيئين ، كلاهما يتطابق مع الملف النظري في بيانات الأشعة تحت الحمراء. (اقرأ أوراقهم هنا.)
قال سميث إنه يبدو أن الفلكيين "يتلاقون في هذا النموذج" لحل مشكلة بذور الكوازار ولغز الثقب الأسود المبكر.
ترقب.
نُشر عمل بروم ولوب وسميث في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية.
مصادر:
RAS ، Harvard-Smithsonian CfA ، بيان صحفي لاكتشاف وكالة ناسا للثقوب السوداء للانهيار المباشر في وقت سابق من هذا العام.
