الباحثون يقيسون البيئة التي تشكلت فيها أول ثقوب سوداء هائلة الحجم

عندما وجه تلسكوب جيمس ويب الفضائي أدواته القوية نحو الكون المبكر، فوجئ العلماء بما وجدوه. عند قيم الانزياح الأحمر العالية، التي تعود لأقل من مليار سنة بعد الانفجار الكبير، شهد علماء الفلك وفرة من المجرات التي استضافت ما بدا أنه “بذور” الثقوب السوداء الهائلة. إن وجود مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة في وقت مبكر جداً من الكون يشكل تحديًا للنماذج الحالية لتكوين الثقوب السوداء، حيث يفترض أن الثقوب السوداء تتشكل عندما تنهار النجوم في نهاية حياتها، لتتجمع تدريجياً وتشكل ثقوبًا سوداء ضخمة.

قد دفع هذا العلماء للتفكير في سيناريو مختلف، حيث تتجمع سحب ضخمة من الغاز البارد في مركز المجرات المبكرة وتنهار لتشكل ثقوباً سوداء، وهو ما يعرف بسيناريو الثقب الأسود المباشر. ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها حول البيئات التي نشأت فيها هذه الثقوب السوداء. لذلك، قام فريق دولي من علماء الفلك بدراسة كيف يمكن لاندماجات المادة المظلمة والمناطق المليئة بكميات هائلة من الغاز والغبار والنجوم أن تؤدي إلى خلق “بذور” للثقوب السوداء الهائلة.

قاد هذا البحث أليساندرو ترينكا، باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه في معهد علم الفلك والمرصد الملكي بجامعة إدنبرة. وشاركه باحثون من مركز كومو ليك للفيزياء الفلكية، ومعهد الفلك في روما، ومعهد علوم الفيزياء الفلكية في بولونيا، بالإضافة إلى معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا، وغيرها من الجامعات. تظهر الورقة التي تصف هذا العمل في “الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية”.

محور عمل الفريق هو مفهوم أشجار دمج المادة المظلمة. وفقًا للنموذج الكوني للمادة المظلمة الباردة، يُفترض أن هالات المادة المظلمة قد تشكلت من خلال اندماج كتل أصغر، وهو ما يشبه النظريات السابقة المرتبطة بتشكل الثقوب السوداء. يجمع الفريق بين دقة محاكاة الجسد لهذا النموذج باستخدام تقنيات شبه تحليلية لتكوين الثقوب السوداء وتطور المجرات.

خلال هذه الدراسة، تم محاكاة تاريخ اندماج الهالة باستخدام برنامج خاص، حيث تم التركيز على المكونات الباريونية، والمعروفة أيضًا باسم المادة “المرئية”. كما استخدم الفريق أداة علم الآثار الكونية لتفسير خصائص المصادر المرصودة ذات الانزياح الأحمر العالي واختبار سيناريوهات تطور الثقوب السوداء المختلفة. وعبر الفريق عن النتائج بالتالي:

“سمح لنا هذا بتتبع الوفرة والتوزيع المكاني والظروف البيئية للهالات القادرة على تكوين الثقوب السوداء على مدار الزمن الكوني، واستكشاف كيف تعتمد هذه الاتجاهات على المتطلبات الفيزيائية المحددة.” وأشاروا إلى أنهم ركزوا على التنبؤ بميزات المراقبة لسكان أحفاد الثقوب السوداء المتوقع أن يتواجدوا بالقرب من النجوم الزائفة ذات الانزياح الأحمر العالي.

وقد كشفت النتائج أن بذور الثقوب السوداء الضخمة قد تشكلت من خلال الانهيار المباشر منذ حوالي 13.64 مليار سنة، أي أقل من 500 مليون سنة بعد الانفجار الكبير. وكان من الممكن أن تستمر هذه العملية حتى حوالي 13.5 إلى 13.4 مليار سنة مضت، حين أصبح إثراء المعادن في الوسط بين المجرات ناتجًا عن انفجارات النجوم الأقدم مما أدى إلى منع المزيد من حلقات الانهيار المباشر. تدعم هذه الاكتشافات فرضية سيناريو الثقوب السوداء المباشرة وتفتح آفاقًا جديدة لمسوحات التلسكوب جيمس ويب الفضائي في المستقبل.

كما أضاف الفريق: “توفر نتائجنا إطارًا نظريًا لاختبار الظروف التي تفضل تكوين بذور الثقوب السوداء ولتقييم دور الانهيار المباشر كمسار لتجمعات الثقوب السوداء الهائلة التي تمت ملاحظتها عند الانزياح الأحمر العالي جداً.” وبناءً على ذلك، فإن التحديد المحتمل لعدد كبير من المرشحين المصاحبين للكوازارات في المسوحات المستقبلية سيمثل إشارة قوية على أن التكوين المبكر للثقوب السوداء يحدث بشكل تفضيلي في بيئات شديدة التجمع ومفرطة الكثافة.

تعتبر هذه النتائج خطوة كبيرة نحو فهم أفضل لكيفية نشوء الثقوب السوداء الهائلة، وأساليب البحث التي يمكن أن تختبر هذه الفرضيات في المستقبل، مما يعزز المعرفة الإنسانية بشأن جانب من جوانب الكوسمولوجيا وعلم الفلك.