العلماء مقتنعون بأن الكون المبكر كان مليئًا بالثقوب السوداء داخل النجوم

يبدو أن الكون المبكر كان مليئًا بمجالات غازية عملاقة تشبه النجوم مع وجود ثقوب سوداء في المركز. جاء هذا الاكتشاف بمثابة مفاجأة للعلماء، وقد يحل أحد أكبر الألغاز الناشئة عن اكتشافات تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST).

عندما بدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي بمراقبة المليار سنة الأولى من حياة الكون، اكتشف علماء الفلك مجموعة من الأجسام التي بدت وكأنها مجرات مدمجة للغاية، حمراء، ومشرقة للغاية، على عكس أي شيء في كوننا المحلي. أشهر التفسيرات لطبيعة هذه ما يسمى نقاط حمراء صغيرة (النقاط الحمراء الصغيرة – LRD) تتلخص في حقيقة أن هذه كانت إما ثقوبًا سوداء هائلة الحجم يحيط بها قرص غبار، أو مجرات مليئة بالنجوم بشكل لا يصدق. ومع ذلك، لم تتمكن أي من هذه الفرضيات من تفسير الضوء الذي اكتشفه تلسكوب جيمس ويب الفضائي بشكل كامل.

الثقوب السوداء داخل أشباه النجوم

في وقت سابق من هذا العام، اقترح علماء الفلك بديلا: LRDs عبارة عن كرات كثيفة من الغاز مع وجود ثقب أسود في المركز، يسمى أشباه النجوم، أو نجوم الثقب الأسود.

تشرح عالمة الفيزياء الفلكية آنا دي غراف من جامعة هارفارد: “عندما تسقط مادة في ثقب أسود، يتم إطلاق كمية هائلة من طاقة الجاذبية، وهذا يمكن أن يتسبب في توهج كرة الغاز بأكملها المحيطة بها مثل النجم”.

وعلى الرغم من أن هذه الطاقة، على عكس النجوم العادية، لا تنتج عن طريق الاندماج النووي، إلا أن التأثير النهائي مماثل: كرة متوهجة من الغاز الكثيف، فقط على نطاق أكبر بما لا يقاس – أكثر سطوعًا بمليارات المرات من شمسنا.

تتناسب بعض LRDs المرصودة جيدًا مع هذا التفسير، لكنه لا يزال مثيرًا للجدل. قامت دي غراف وزملاؤها بتحليل أكبر عينة من النقاط الحمراء التي تم جمعها حتى الآن منذ بدء تلسكوب جيمس ويب الفضائي – أكثر من مائة – وشاركوا النتائج في شرط للإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. في رأيهم، أفضل تفسير لطبيعة LRDs هو أشباه النجوم (نجوم الثقب الأسود).

يقول دي غراف: «من المؤكد أن اسم «الثقب الأسود النجمي» لا يزال مثيرًا للجدل، لكنني أعتقد أن هناك بعض الإجماع في المجتمع العلمي: نحن ننظر إلى ثقب أسود متراكم مغمور في غاز كثيف».

ومن خلال دراسة طيف LRD، وجد العلماء أن الأنماط الناتجة تتطابق بشكل أفضل مع إشعاع الجسم الأسود. هذا هو ما يبدو عليه الضوء الصادر عن النجوم، على النقيض من أطياف المجرات الأكثر تعقيدًا وخشونة، والتي تتكون من الإشعاع الصادر عن النجوم والغبار والغاز والثقب الأسود المركزي.

يقول عالم الفلك جيليان بيلفاري من المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في نيويورك: “نموذج النجم والثقب الأسود موجود منذ بعض الوقت، لكنه كان يعتبر شيئا غريبا وهامشيا للغاية. ومع ذلك، اتضح الآن أنه يعمل بالفعل ويقدم أفضل تفسير للملاحظات”.

يضيف أنتوني تايلور من جامعة تكساس في أوستن: “عندما تطبق نموذج النجم والثقب الأسود، يصبح كل شيء بسيطًا للغاية. إنه مفهوم بسيط، لكنه يشرح الملاحظات بشكل جيد للغاية دون الحاجة إلى أي فيزياء غريبة”.

ليس من السهل إثبات ذلك

وفي سبتمبر/أيلول، قامت دي غراف وزملاؤها أيضًا اكتشف LRD خاص، لوحظ في طيفه انخفاض حاد للغاية عند تردد معين. أطلقوا عليها لقب “كليف” – “الهاوية”. يتذكر الباحث قائلاً: “لقد رأينا ميزات في الطيف لا يمكن تفسيرها بأي من النماذج الموجودة”. — في مثل هذه الحالة، يمكننا أن نقول بثقة لأول مرة: سيتعين علينا التخلي عن كلا الفيلمين اللذين سبق النظر فيهما. علينا أن نبحث عن شيء آخر.”

على الرغم من أن العديد من علماء الفلك يتفقون الآن على أن LRDs تتصرف مثل النجوم العملاقة، إلا أن إثبات أنها مدعومة بثقب أسود سيكون أمرًا صعبًا، كما يعترف دي غراف.

وتشرح قائلة: “مركز هذا الجسم مغمور في قشرة كثيفة جدًا وسميكة بصريًا. ما بداخلها مخفي عنا بما هو خارجي. نعتقد أن هذه ثقوب سوداء فقط بناءً على اللمعان المذهل لهذه الأجسام”.

إحدى الطرق لإثبات ذلك هي دراسة التغيرات في لمعان LRD مع مرور الوقت لمقارنتها بالثقوب السوداء المعروفة، كما يقترح جي سيهان من جامعة كامبريدج.

ويشير إلى أنه “مع الثقوب السوداء، نرى تغيرات في السطوع على فترات زمنية قصيرة نسبيًا – أشهر أو حتى أيام. ولكن في هذه النقاط الحمراء الصغيرة، في معظم الحالات، لا يُلاحظ مثل هذا التباين تقريبًا”.

من الصعب البحث عن علامات التباين طويل المدى في LRD، نظرًا لأن وقت مراقبة JWST محدود، لكن الفيزياء يمكن أن تساعدنا. كنت تماما اكتشف نقطة حمراء صغيرة ينحني ضوءها بسبب تأثير عدسة الجاذبية. أنتجت المجرة العدسية الضخمة أربع صور لـ LRD الأصلي، ونظرًا لأن الضوء سافر في مسار مختلف لكل منها، فإن الصور تعادل صورًا لنفس الجسم تم التقاطها بفارق 130 عامًا.

إن فكرة استخدام عدسة الجاذبية لدراسة LRD في أوقات مختلفة هي فكرة بارعة، على الرغم من أنه قد تكون هناك تفسيرات أخرى للتغيرات الملحوظة في اللمعان، يقول بيلفاري: “لست متأكدًا من وجود بيانات كافية لدعم هذه الاستنتاجات حقًا. لا أقول إنها خاطئة، لكنني أعتقد أن هناك أسبابًا أخرى لهذه التغييرات”.

ما هو التالي

إذا تبين أن هذه الأجسام هي بالفعل شبه نجوم، فستكون هناك حاجة إلى نماذج جديدة تمامًا لشرح كيفية تشكلها وما أصبحت عليه الثقوب السوداء بداخلها، وهو شيء لا نراه في كوننا المحلي، كما يحذر دي غراف.

واختتمت قائلة: “في الأساس، يمكن أن تكون هذه مرحلة جديدة من النمو أو جزءًا من تاريخ نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة. وسواء مرت تلك المرحلة بإحدى هذه المراحل، وما هي مدتها، ومدى أهمية مساهمتها في الكتلة النهائية للثقب الأسود – كل هذا يظل غير واضح تمامًا”.