علماء الفلك في صراع علمي مستمر مع بعض ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي. يمكن للتلسكوب أن ينظر إلى الوراء في الوقت المناسب عن طريق استشعار الضوء المنزاح باللون الأحمر من الكون المبكر. إحدى النتائج المدهشة التي توصلت إليها هي أن الثقوب السوداء الهائلة (SMBH) كانت موجودة قبل فترة طويلة من ظهور النظرية. تم العثور على بعض الأجسام الصغيرة والمتوسطة الحجم التي اكتشفها بعد 400 مليون و500 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير.
حتى الآن، لا يوجد تفسير قوي ومنتشر على نطاق واسع لهذا الأمر. لكن أحد المتنافسين ينطوي على عمليات اندماج نجمية.
تشير الأبحاث الجديدة إلى أنه في البيئة النجمية الكثيفة في بداية الكون، كان من الممكن أن تؤدي عمليات الاندماج النجمية المتكررة إلى نشوء كتل هائلة الحجم في نهاية المطاف. إنه بعنوان “الإطار الكوني للتصادمات النجمية عند الانزياح الأحمر العالي في العناقيد الكروية الأولية، والمجموعات النجمية النووية، والنقاط الحمراء الصغيرة”، وتم نشره في مجلة الفيزياء الفلكية. المؤلف الرئيسي هو كلير ويليامز، طالبة الدكتوراه في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة كاليفورنيا.
كتب المؤلفون: “تشير الملاحظات والمحاكاة الكونية إلى أن الكون المبكر استضاف العديد من الأنظمة النجمية المدمجة عالية الكثافة، حيث كانت اللقاءات القريبة والاصطدامات الفيزيائية بين النجوم شائعة على الأرجح”. “نحن نطور إطارًا تصاعديًا للديناميكيات النجمية في مثل هذه البيئات، ويغطي الأنظمة التي تحتوي على ثقوب سوداء متوسطة الكتلة وفائقة الكتلة أو لا تحتوي عليها، ويغطي الأنظمة التي قد تهيمن أو لا تهيمن فيها الاصطدامات النجمية على التطور”.
يربط العمل الاصطدامات النجمية في البيئات الكثيفة بنتائج مختلفة. في هذا العمل، بدأ الباحثون بالشروط الأولية من عمليات المحاكاة الكونية التي أجرتها AREPO. لقد استخدموا هذه البيانات لتعيين المعلمات الخاصة بالعناقيد النجمية المبكرة، جنبًا إلى جنب مع ملاحظات تلسكوب جيمس ويب الفضائي للعناقيد النجمية المبكرة والمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي.
لاحظ المؤلفون أن هذه العناقيد تشبه إلى حد كبير العناقيد النجمية النووية (NSC) مثل تلك الموجودة بالقرب من Sgr A*، SMBH في درب التبانة. كتب المؤلفون: “هناك، يمكن أن تؤدي الاصطدامات إلى نتائج غير عادية، مثل التجدد الواضح لمجموعات قديمة من خلال منتجات الاندماج التي تظهر كنجوم شابة ضخمة”.
يشير الباحثون إلى أن جميع المجرات تقريبًا تستضيف ثقبًا صغيرًا صغيرًا وحوالي 80% من المجرات المبكرة تستضيف أيضًا NSC. وأوضحوا أن ذلك “يشير إلى وجود بيئات غنية بالاصطدامات في جميع أنحاء الكون”. “مع تشكل الثقوب السوداء الضخمة وعناقيد النجوم المضيفة لها، شكلت الاصطدامات تطورها الديناميكي والفيزيائي.”
أجرى الفريق عمليات محاكاة لمحاولة فهم كل هذا. تضمنت عمليات المحاكاة مجموعة متنوعة من بيئات المجموعات المختلفة ذات المعلمات المختلفة مثل تشتت السرعة وملامح كثافة الكتلة. وكتبوا: “لقد قمنا بتهيئة 1000 نجمة لكل حالة اختبار، وتقع ضمن جهاز كمبيوتر واحد من المركز”. وهذا عدد أقل من النجوم مما هو موجود ضمن فرسخ فلكي واحد من الثقب الأسود في درب التبانة. تختلف تقديرات عدد النجوم، لكن بعض المصادر تقول أن هناك أكثر من 6000.
تظهر النتائج أن الاصطدامات النجمية منتشرة في نطاق من العناقيد النجمية وبيئات NSC. ليس هذا فحسب، بل يمكن للاصطدامات المتسلسلة الهاربة أن تؤدي في النهاية إلى إنشاء نجوم ضخمة جدًا (VMS) في وقت مبكر جدًا من الكون. لا يوجد تعريف عالمي لأنظمة VMS، ولكن غالبًا ما يتم استخدام ما يزيد عن 100 كتلة شمسية.
وقال ويليامز: “ربما تكون النتيجة الأكثر غرابة لعمليات المحاكاة التي أجريناها هي أن النجوم يمكن أن تندمج بشكل متكرر داخل العنقود حتى تشكل نجمًا واحدًا عملاقًا بكتلة تساوي كتلة العنقود بأكمله”. يعرف قراء الكون اليوم ماذا يعني ذلك. “عندما يصل نجم بهذا الحجم إلى نهاية حياته، تشير النماذج إلى أنه قد لا يكون أمامه خيار سوى الانهيار على نفسه وتشكيل ثقب أسود ضخم”.
وقال ويليامز: “أحد الأماكن في الكون القريب حيث تكون الاصطدامات بين النجوم شائعة هو مركز المجرة”. “في نموذجنا، بمجرد أن تتحول هذه النجوم الضخمة إلى ثقوب سوداء متوسطة الكتلة، فإن النظام يشبه مركز مجرتنا، وهو ثقب أسود محاط بمجموعة نجوم كثيفة.”
ليست هذه هي المرة الأولى التي يتساءل فيها علماء الفيزياء الفلكية عما إذا كانت الاصطدامات النجمية هي السبب وراء الانفجارات SMBH المبكرة. في الواقع، هذه الفكرة تسبق تلسكوب جيمس ويب الفضائي بعدة عقود. لكن هذا البحث يأخذ خطوة أبعد من خلال إظهار كيفية ربط النقاط الحمراء الصغيرة المثيرة للاهتمام في تلسكوب جيمس ويب الفضائي.
النقاط الحمراء الصغيرة هي أجسام مدمجة تبدو وكأنها ثقوب سوداء محاطة بكمية كبيرة من الغاز. يتغذى الثقب الأسود بسرعة على هذا الغاز وينمو بسرعة كبيرة، ربما بمعدل فائق إدينغتون.
وقد أصبحت هذه الصورة مشهورة في الأوساط الفلكية. وتُظهر هذه الصورة النقاط الحمراء الصغيرة الشهيرة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي، والتي تم رصد المئات منها في بداية الكون. من الممكن أن تكون ثقوبًا سوداء قديمة محاطة بالغاز، الذي يحجب الأشعة السينية التي من شأنها أن تكشف عن طبيعتها. إذا كانت ثقوبًا سوداء، فمن الممكن أن تنمو بسرعة بسبب تراكم إدينجتون الفائق. ويدعم هذا البحث هذه الفكرة، من خلال إظهار أن الاصطدامات النجمية الوفيرة يمكن أن تولد كل الغاز، وهو الوقود اللازم لنمو الثقب الأسود، ولكنه يخفي أيضًا الأشعة السينية. مصدر الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI، D. Kocevski (كلية كولبي)
لم تسفر جميع الاصطدامات النجمية في عمليات المحاكاة عن نجوم مندمجة أكثر ضخامة كان محكوم عليها بالانفجار على شكل مستعرات أعظم، مما يؤدي إلى ثقوب سوداء. وفي بعض الاصطدامات، تم تدمير كلا النجمين وتحويلهما إلى غاز. كان من الممكن أن يؤدي هذا إلى خلق حالة حيث يكون الثقب الأسود محاطًا ليس فقط بكثافة نجمية، ولكن أيضًا ببيئة غازية كثيفة.
وكتبوا: “أخيرًا، أظهرنا أن المعدلات العالية من الاصطدامات المدمرة يمكن أن تؤدي بسرعة إلى بناء بيئات غازية كثيفة للغاية حول الثقوب السوداء الضخمة، مما قد يوفر نظيرًا لمجموعة النقاط الحمراء الصغيرة المرصودة”.
تُظهر هذه المخططات البسيطة مسارين منفصلين في المجموعات الكثيفة. يُظهر اليسار كيف أن الاصطدامات النجمية في عنقود لا يحتوي على ثقب أسود تكون بناءة وتؤدي إلى نجوم ضخمة جدًا. يُظهر اليمين كيف تكون الاصطدامات في عنقود مع ثقب أسود مدمرة بشكل عام، مما يؤدي إلى تراكم الغاز السميك بالقرب من الثقب الأسود، والذي يتراكم بعد ذلك. قد تكون هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء النقاط الحمراء الصغيرة. حقوق الصورة: كلير إي. ويليامز وآخرون 2026 ApJ 1012 1
“النقاط الحمراء الصغيرة هي موضوع ساخن في علم الفلك. يمكنك مقارنة الدراسات التي أجراها الأشخاص الذين يحاولون فهم LRDs بحكاية المكفوفين الذين يحاولون وصف فيل عن طريق لمسه، وكل شخص يصفه بشكل مختلف بناءً على الجزء الذي يلمسه،” قال عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس والمؤلف المشارك سمادار ناوز. “يربط بحثنا بين العديد من وجهات النظر هذه معًا وقد يساعدنا في رؤية المزيد من الفيل.”
الثقوب السوداء متوسطة الكتلة (IMBH)، وهي نوع بعيد المنال من الأجسام التي تنبأت بها نظرية نمو الثقوب السوداء الهرمية، هي أيضًا جزء من هذا. تعد الثقوب السوداء IMBH أكبر كتلة من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، ولكنها أقل كتلة من الثقوب السوداء SMBH. هناك بعض المرشحين الثابتين لـ IMBH، لكن لا أحد يتفق عليه الجميع هو IMBH. أفضل مثال قد يكون في المجموعة الكروية أوميغا سنتوري. وتم اكتشاف كائنات أخرى عبر موجات الجاذبية المنبعثة أثناء عمليات الاندماج التي أدت إلى ظهورها.
يوضح هذا العمل أن التجمعات الكثيفة الشائعة في بداية الكون يمكن أن تكون هي البيئة التي ولدت IMBH المبكر. كان من الممكن أن تندمج هذه، وفي الماضي، كانت هذه الاندماجات أكثر شيوعًا، مما أدى إلى توليد SMBH الذي نراه حولنا اليوم.
قال ويليامز: “توفر العناقيد النجمية الكثيفة مكانًا طبيعيًا لبذور الثقوب السوداء الضخمة في نموذجنا”. “إن البيئة نفسها التي تشكل الثقب الأسود يمكن أن توفر أيضًا النجوم والغازات التي تؤثر على نموه اللاحق.”
