اكتشاف ثقب أسود ضخم فائق الشراهة يلتهم حد إدينغتون!

لقد استخدم العلماء تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لاكتشاف ثقب أسود ضخم يتخطى حد إدينغتون. حيث يتغذى على المادة بمعدل 40 مرة ضعف حد إدينغتون. هذا العملاق المسمى”LID-568″ لا يكسر قواعد النماذج الكونية فحسب، بل يقدم أيضًا لمحة عن أسرار الكون المبكر. وقد نشر البحث في مجلة (Nature Astronomy).

ينطبق حد إدينجتون (Eddington limit) على الثقوب السوداء بنفس الطريقة التي ينطبق بها على النجوم. إنه يمثل الحد الأقصى للمعدل الذي يمكن للثقب الأسود أن يراكم ويلتهم به المادة. عندما يراكم الثقب الأسود المادة بشكل أسرع من حد إدينجتون، يصبح ضغط الإشعاع من المادة المتساقطة شديدًا لدرجة أنه يدفع المادة بعيدًا، مما يمنع المزيد من التراكم.

اللغز الكوني

الكون مليء بالأسرار، لكن أكثرها حيرة هو وجود ثقوب سوداء هائلة الكتلة في الكون المبكر. هذه الوحوش الكونية ضخمة جدًا لدرجة أنها تتحدى فهمنا الحالي لكيفية نموها بشكل وبسرعة كبيرة. في الواقع، العديد من هذه الثقوب السوداء تنمو بمعدلات لا تتوافق مع نماذجنا الحالية للتطور الكوني.

الأمر يشبه مكنسة كهربائية عملاقة تشفط كل شيء في طريقها، بما في ذلك النجوم والغاز وحتى الضوء. هذا هو تقريبًا ما يعنيه الثقب الأسود الهائل، حيث تبلغ كتلة بعضها ملايين أو حتى مليارات المرات من كتلة شمسنا. ولكن كيف أصبحوا بهذه الضخامة في مثل هذه الفترة القصيرة من الزمن؟ الإجابة المختصرة هي أننا لسنا متأكدين تمامًا.

تكمن المشكلة في حقيقة أن نماذجنا الحالية للتطور الكوني تفترض أن الثقوب السوداء تنمو بمعدل يتناسب مع كمية المادة التي تتراكم فيها. ومع ذلك، فإن هذا المعدل محدد بحد نظري يعرف باسم حد إدنجتون . هذا الحد هو نوع من حدود السرعة الكونية التي تمنع الثقوب السوداء من النمو بسرعة كبيرة، لأن النمو المفرط سيؤدي إلى انهيار كارثي.
يثير اكتشاف الثقوب السوداء الضخمة في بداية الكون تساؤلات حول كيفية قدرتها على النمو بهذه السرعة. هل تحايلوا بطريقة أو بأخرى على حد إدينجتون، أم أن هناك آلية أخرى تلعب دورًا؟

تاريخ موجز للثقوب السوداء الهائلة وحد إدينغتون

في عشرينيات القرن الماضي، اقترح عالم الفيزياء الفلكية البريطاني آرثر إدينجتون حدًا نظريًا لمدى سرعة نمو الثقب الأسود من خلال تراكم المادة. ويعتمد هذا الحد، المعروف الآن باسم حد إدينغتون، على كتلة الثقب الأسود ويعتقد أنه يمنعه من الانهيار تحت تأثير جاذبيته.

لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن الثقوب السوداء تنمو بمعدل يتوافق مع حد إدينغتون، وتتراكم كتلتها تدريجياً على مدى ملايين السنين. ومع ذلك، مع اكتشاف النجوم الزائفة في الستينيات، أدرك علماء الفلك أن بعض الثقوب السوداء كانت تنمو بمعدلات لا تصدق، تتجاوز بكثير حد إدينجتون. أثار هذا أسئلة أساسية حول كيفية تشكل وتطور هذه الثقوب السوداء الهائلة.

في الثمانينيات والتسعينيات، طور الباحثون نماذج لنمو الثقب الأسود، واقترحوا آليات مثل الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى، وتراكم الغاز، والانفجارات النجمية لتفسير نموها السريع. ومع ذلك، لا تزال هذه النماذج تكافح من أجل تفسير الكتلة المرصودة لبعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة، خاصة تلك الموجودة في الكون المبكر.

لقد ظل حد إدينغتون مفهومًا مركزيًا في أبحاث الثقوب السوداء، لكن العلماء بدأوا يشككون في أنها قد لا تكون قاعدة تنطبق في كل الحالات.

ثقب أسود يتخطى حد إدينغتون

في البحث الجديد، استخدم الفريق رؤية الأشعة تحت الحمراء لتلسكوب جيمس ويب لدراسة العديد من المجرات ذات الانبعاثات شديدة السطوع للأشعة السينية التي رصدها سابقًا مرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لوكالة ناسا.

حيث غالبًا ما ترتبط الانبعاثات القوية مثل هذه بالتغذية النشطة للثقوب السوداء، والتي يمكنها التهام المادة بقوة لدرجة أن أقراص المواد المتساقطة حولها تسخن وتتوهج، وأحيانًا تتجاوز سطوع المجرات بأكملها. وفي بعض الحالات، قد تهرب بعض هذه المادة المتساقطة في تدفقات ساخنة سريعة الحركة تساعد نظام قرص الثقب الأسود على الحفاظ على الزخم الزاوي أثناء التغذية.

وعند مراقبة “LID-568” باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، اكتشف الباحثون تدفقات غازية محيطة بالثقب الأسود لم يسبق لها مثيل. وتشير سرعة وحجم هذه التدفقات إلى حلقة تغذية هائلة للثقب أسود، حيث التهم المادة لفترة وجيزة بمعدل يتجاوز حد إدينجتون الخاص به.

وقد يكون اكتشاف هذا الثقب الأسود الذي يأكل بشراهة دليلاً على أن بعض الثقوب السوداء قادرة على تجاوز حد إدينجتون مؤقتًا مما يمكنها من النمو بسرعة لا تصدق خلال فترات قصيرة من الزمن.

• الثقب الأبيض نظير الثقب الأسود
• مقدمة في قوانين الاحتمالات
• تاريخ موجز للثقوب السوداء
• دراسة تربط بين الثقوب السوداء والطاقة المظلمة!
• الكشف عن أسرار نمو الثقب الأسود فائق الكتلة

الثقوب السوداء في الكون المبكر

إذا كانت الثقوب السوداء قادرة بالفعل على تجاوز حدود إدينجتون الخاصة بها، كما يقترح “LID-568″، فقد يكون لذلك عواقب مهمة على فهمنا لكيفية تشكل هذه الوحوش الكونية ونموها في المليار سنة الأولى بعد الانفجار الكبير.

أحد الاحتمالات الأكثر إثارة هو أن هذه الآلية يمكن أن تكون مسؤولة عن وجود الثقوب السوداء الضخمة التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي مؤخرًا في بداية الكون. إذا تمكنت الثقوب السوداء من امتصاص كميات هائلة من الكتلة في فترات زمنية قصيرة، فقد يوفر ذلك طريقة لها للنمو إلى أحجام هائلة في وقت قصير نسبيًا، مما قد يفسر وجود هذه الأجسام الضخمة في الكون المبكر.

علاوة على ذلك، فإن اكتشاف “LID-568” يثير أسئلة جديدة حول دور الثقوب السوداء في الكون المبكر. هل كانت هذه الأجسام شائعة في الكون المبكر، أم أن “LID-568” كان استثناءً نادرًا؟ كيف تفاعلت هذه الثقوب السوداء مع محيطها، وما الدور الذي لعبته في تكوين المجرات الأولى؟

المصادر

James Webb telescope spots ‘feasting’ black hole eating 40 times faster than should be possible | live science

A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST | nature astronomy