تلسكوبات ناسا تكتشف ثقبًا أسودًا قياسيًا
تحتوي هذه الصورة على أبعد ثقب أسود تم اكتشافه بالأشعة السينية، وهي نتيجة قد تفسر كيفية تشكل بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة الأولى في الكون. كما ذكرنا في بياننا الصحفي، تم هذا الاكتشاف باستخدام الأشعة السينية من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا (اللون الأرجواني) وبيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا (الأحمر والأخضر والأزرق). يقع الثقب الأسود البعيد للغاية في المجرة UHZ1 في اتجاه العنقود المجري Abell 2744. ويبعد العنقود المجري حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض. ومع ذلك، تكشف بيانات ويب أن UHZ1 أبعد بكثير من Abell 2744. وعلى بعد حوالي 13.2 مليار سنة ضوئية، يمكن رؤية UHZ1 عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي. الائتمان: مركز شاندرا للأشعة السينية
اكتشف علماء الفلك أبعد ثقب أسود شوهد حتى الآن بالأشعة السينية، وذلك باستخدام تلسكوبات ناسا. ويمر الثقب الأسود بمرحلة مبكرة من النمو لم يسبق لها مثيل من قبل، حيث تشبه كتلته كتلة المجرة المضيفة له.
قد تفسر هذه النتيجة كيفية تشكل بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة الأولى في الكون.
من خلال الجمع بين البيانات من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا وتلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا، تمكن فريق من الباحثين من العثور على علامة واضحة لثقب أسود متنام بعد 470 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
وقال أكوس بوجدان من مركز الفيزياء الفلكية: "كنا بحاجة إلى ويب للعثور على هذه المجرة البعيدة بشكل ملحوظ، وشاندرا للعثور على ثقبها الأسود الهائل". Harvard & Smithsonian (CfA) الذي يقود ورقة بحثية جديدة متاحة على خادم arXiv المسبق للطباعة ومن المقرر نشرها في مجلة Nature Astronomy التي تصف هذه النتائج. "لقد استفدنا أيضًا من العدسة المكبرة الكونية التي عززت كمية الضوء التي اكتشفناها." يُعرف هذا التأثير المكبر باسم عدسة الجاذبية .
وعثر بوجدان وفريقه على الثقب الأسود في مجرة اسمها UHZ1 في اتجاه العنقود المجري أبيل 2744، الذي يقع على بعد 3.5 مليار سنة ضوئية من الأرض. ومع ذلك، كشفت بيانات ويب أن المجرة أبعد بكثير من العنقود، حيث تبعد 13.2 مليار سنة ضوئية عن الأرض، عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.
ثم أظهرت عمليات الرصد التي أجراها تشاندرا على مدار أسبوعين وجود غازات شديدة الحرارة تنبعث منها أشعة سينية في هذه المجرة، وهي علامة تجارية لثقب أسود فائق الكتلة ومتنامي. يتم تضخيم الضوء الصادر من المجرة والأشعة السينية المنبعثة من الغاز حول ثقبها الأسود الهائل بحوالي أربعة أضعاف عن طريق تداخل المادة في Abell 2744 (بسبب عدسة الجاذبية)، مما يعزز إشارة الأشعة تحت الحمراء التي اكتشفها ويب ويسمح لشاندرا باكتشافها. مصدر الأشعة السينية الخافتة.
تشكل ثقب أسود ثقيل نتيجة الانهيار المباشر لسحابة ضخمة من الغاز (مصدر الصورة: NASA/STScI/Leah Hustak)
يعد هذا الاكتشاف مهمًا لفهم كيف يمكن لبعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة أن تصل إلى كتل هائلة بعد وقت قصير من الانفجار الأعظم. هل تتشكل مباشرة من انهيار سحب الغاز الضخمة، مما يؤدي إلى خلق ثقوب سوداء يتراوح وزنها بين حوالي 10000 و100000 شمس؟ أم أنها تأتي من انفجارات النجوم الأولى التي تخلق ثقوبًا سوداء تزن ما بين 10 إلى 100 شمس فقط؟
"هناك حدود فيزيائية لمدى سرعة نمو الثقوب السوداء بمجرد أن تتشكل، لكن الثقوب السوداء التي تولد أكثر ضخامة تكون لها السبق. إن الأمر يشبه زراعة شتلة، والتي تستغرق وقتًا أقل لتنمو لتصبح شجرة كاملة الحجم مما لو كانت وقال أندي جولدينج من جامعة برينستون: "لقد بدأت ببذرة فقط". غولدينغ هو مؤلف مشارك لورقة علم الفلك الطبيعي والمؤلف الرئيسي لورقة جديدة في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية التي تبلغ عن مسافة المجرة وكتلتها باستخدام طيف من ويب.
وقد وجد فريق بوجدان دليلاً قوياً على أن الثقب الأسود المكتشف حديثاً كان ضخماً. وتقدر كتلتها بما يتراوح بين 10 إلى 100 مليون شمس، بناءً على سطوع وطاقة الأشعة السينية. ويشبه نطاق الكتلة هذا نطاق جميع النجوم الموجودة في المجرة التي تعيش فيها، وهو ما يتناقض بشكل صارخ مع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرات في الكون المجاور والتي تحتوي عادة على حوالي عُشر بالمائة فقط من كتلة كتلتها. نجوم المجرة المضيفة .
إن الكتلة الكبيرة للثقب الأسود في سن مبكرة، بالإضافة إلى كمية الأشعة السينية التي ينتجها وسطوع المجرة التي اكتشفها ويب، كلها تتفق مع التوقعات النظرية في عام 2017 للمؤلف المشارك بريامفادا ناتاراجان من جامعة ييل لـ " ثقب أسود ضخم" تشكل مباشرة من انهيار سحابة ضخمة من الغاز.
وقال ناتاراجان : "نعتقد أن هذا هو أول اكتشاف لـ "ثقب أسود ضخم" وأفضل دليل تم الحصول عليه حتى الآن على أن بعض الثقوب السوداء تتشكل من سحب ضخمة من الغاز". "لأول مرة نشهد مرحلة قصيرة حيث يزن الثقب الأسود الهائل ما يعادل وزن النجوم في مجرته، قبل أن يتراجع."
ويخطط الباحثون لاستخدام هذه النتائج وغيرها من النتائج المتدفقة من ويب وتلك التي تجمع البيانات من التلسكوبات الأخرى لملء صورة أكبر للكون المبكر.
الائتمان: مركز شاندرا للأشعة السينية
أظهر تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا سابقًا أن الضوء القادم من المجرات البعيدة يتضخم بدرجة كبيرة بسبب المادة الموجودة في مجموعة المجرات المتداخلة، مما يوفر جزءًا من الدافع لملاحظات ويب وشاندرا الموصوفة هنا.
تظهر الورقة التي تصف النتائج التي توصل إليها فريق بوجدان في مجلة Nature Astronomy ، وتتوفر نسخة أولية منها على الإنترنت. بالإضافة إلى المذكورين أعلاه، يضم المؤلفون أورسوليا كوفاكس (جامعة ماساريك، جمهورية التشيك)، وغرانت تريمبلاي (CfA)، وأورميلا تشاداياموري (CfA)، ومارتا فولونتيري (معهد الفيزياء الفلكية في باريس، فرنسا)، ورالف كرافت (CfA). ، ويليام فورمان (CfA)، كريسين جونز (CfA)، يوجين تشورازوف (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية، ألمانيا)، وإرينا زورافليفا (جامعة شيكاغو).
تعد بيانات ويب المستخدمة في كلا البحثين جزءًا من مسح يسمى ملاحظات Ultradeep Nirspec وnirCam قبل عصر إعادة التأين (UNCOVER). تظهر الورقة التي يقودها عضو فريق UNCOVER آندي جولدينج في مجلة Astrophysical Journal Letters . يشمل المؤلفون المشاركون أعضاء آخرين في فريق UNCOVER، بالإضافة إلى بوجدان وناتاراجان. من المقرر إصدار ورقة تفسيرية مفصلة تقارن الخصائص المرصودة لـ UHZ1 مع النماذج النظرية لمجرات الثقب الأسود الضخمة.
المصدر:مواقع ألكترونية