اكتشاف أكبر الثقب الأسود فائق الكتلة النشط

بالإضافة إلى الثقب الأسود في CEERS 1019 ، حدد الباحثون اثنين من الثقوب السوداء الأخرى الموجودة على الجانب الأصغر والتي كانت موجودة بعد مليار و 1.1 مليار سنة بعد الانفجار العظيم. حدد JWST أيضًا إحدى عشرة مجرة ​​كانت موجودة عندما كان عمر الكون من 470 مليون إلى 675 مليون سنة. تم تقديم الدليل من خلال مسح التطور الكوني لعلوم الإطلاق المبكر (CEERS) التابع لـ JWST ، بقيادة ستيفن فينكلشتاين ، أستاذ علم الفلك في جامعة تكساس في أوستن. يجمع البرنامج بين صور الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة وبيانات JWST المفصلة للغاية والمعروفة باسم الأطياف ، والتي تم استخدامها جميعًا لتحقيق هذه الاكتشافات.

قالت ريبيكا لارسون ، وهي دكتوراه حديثة: “إن النظر إلى هذا الجسم البعيد باستخدام هذا التلسكوب يشبه إلى حد كبير النظر إلى البيانات من الثقوب السوداء الموجودة في المجرات القريبة من مجرتنا”. تخرج في UT Austin ، الذي قاد الدراسة. “هناك الكثير من الخطوط الطيفية لتحليلها!”

نشر الفريق هذه النتائج في عدة أوراق أولية في إصدار خاص من مجلة Astrophysical Journal Letters .

إن CEERS 1019 جدير بالملاحظة ليس فقط منذ فترة وجوده ، ولكن أيضًا لمدى ضآلة وزن ثقبه الأسود نسبيًا. تبلغ كتلتها حوالي 9 ملايين كتلة شمسية ، وهي أقل بكثير من الثقوب السوداء الأخرى التي كانت موجودة أيضًا في بدايات الكون وتم اكتشافها بواسطة تلسكوبات أخرى. عادةً ما تحتوي هذه العملاقة على أكثر من مليار ضعف كتلة الشمس – ويسهل اكتشافها لأنها أكثر سطوعًا. يشبه الثقب الأسود داخل CEERS 1019 الثقب الأسود في مركز مجرتنا درب التبانة ، والتي تبلغ كتلتها 4.6 مليون مرة كتلة الشمس.

على الرغم من صغر حجم هذا الثقب الأسود ، إلا أنه كان موجودًا في وقت مبكر جدًا لدرجة أنه لا يزال من الصعب شرح كيفية تشكله بعد وقت قصير من بدء الكون. لقد عرف الباحثون منذ فترة طويلة أن الثقوب السوداء الأصغر يجب أن تكون موجودة في وقت مبكر من الكون ، ولكن لم يكن ذلك حتى بدأ JWST في ملاحظة أنهم كانوا قادرين على إجراء اكتشافات نهائية.

لم يتمكن الفريق فقط من فك التشابك بين الانبعاثات في الطيف الصادرة عن الثقب الأسود والتي تأتي من المجرة المضيفة ، بل يمكنهم أيضًا تحديد كمية الغاز التي يمتصها الثقب الأسود وتحديد معدل تشكل النجوم في مجرتهم.

وجد الفريق أن هذه المجرة تبتلع أكبر قدر ممكن من الغاز بينما تنتج نجومًا جديدة أيضًا. لجأوا إلى الصور لاستكشاف سبب ذلك. بصريًا ، يظهر CEERS 1019 على شكل ثلاث كتل لامعة ، وليس قرصًا دائريًا واحدًا.

قال عضو فريق CEERS جيهان كارتالتيبي ، الأستاذ المشارك في علم الفلك في معهد روتشستر للتكنولوجيا في نيويورك: “لسنا معتادين على رؤية الكثير من الهياكل في الصور على هذه المسافات”. “قد يكون اندماج المجرات مسؤولاً جزئياً عن تأجيج النشاط في الثقب الأسود لهذه المجرة ، وقد يؤدي ذلك أيضًا إلى زيادة تكوين النجوم.”

هذه ليست سوى النتائج الأولى الرائدة من مسح CEERS.

قال فينكلشتاين: “حتى الآن ، كان البحث عن الأشياء في الكون المبكر نظريًا إلى حد كبير”. “مع ويب ، لا يمكننا فقط رؤية الثقوب السوداء والمجرات على مسافات بعيدة ، يمكننا الآن البدء في قياسها بدقة. هذه هي القوة الهائلة لهذا التلسكوب.”

في المستقبل ، من الممكن أيضًا استخدام بيانات JWST لشرح كيفية تشكل الثقوب السوداء المبكرة ، ومراجعة نماذج الباحثين لكيفية نمو وتطور الثقوب السوداء في مئات الملايين من السنين الأولى من تاريخ الكون.

تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو برنامج دولي تقوده ناسا مع شركائها ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الكندية.

ثقوب ومجرات سوداء بعيدة للغاية

مسح CEERS واسع النطاق ، وهناك الكثير لاستكشافه. اكتشف عضو الفريق Dale Kocevski من Colby College في ووترفيل بولاية مين والفريق سريعًا زوجًا آخر من الثقوب السوداء الصغيرة في البيانات. الأول ، داخل المجرة CEERS 2782 ، كان من الأسهل اختياره. لا يوجد أي غبار يحجب رؤية JWST له ، لذلك يمكن للباحثين على الفور تحديد متى كان الثقب الأسود موجودًا في تاريخ الكون – بعد 1.1 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم. كان الثقب الأسود الثاني ، في مجرة ​​CEERS 746 ، موجودًا قبل ذلك بقليل ، بعد مليار سنة من الانفجار العظيم. قرصه التراكمي اللامع ، وهو عبارة عن حلقة مكونة من الغاز والغبار يحيط بثقبه الأسود الهائل ، لا يزال غائمًا جزئيًا بواسطة الغبار.

وأوضح كوسيفسكي أن “الثقب الأسود المركزي مرئي ، لكن وجود الغبار يشير إلى أنه قد يكون داخل مجرة ​​تقوم أيضًا بضخ النجوم بقوة”.

مثل ذلك الموجود في CEERS 1019 ، فإن الثقوب السوداء الموصوفة حديثًا (في المجرات CEERS 2782 و CEERS 746) هما أيضًا “أوزان ضوئية” – على الأقل عند مقارنتها بالثقوب السوداء فائقة الكتلة المعروفة سابقًا عند هذه المسافات. هم فقط حوالي 10 مليون ضعف كتلة الشمس.

قال كوسيفسكي: “لقد عرف الباحثون منذ فترة طويلة أنه لا بد من وجود ثقوب سوداء ذات كتلة أقل في بدايات الكون. ويب هو أول مرصد يمكنه التقاطها بوضوح شديد”. “نعتقد الآن أن الثقوب السوداء ذات الكتلة الأقل قد تكون موجودة في كل مكان ، في انتظار من يكتشفها.”

قبل JWST ، كانت الثقوب السوداء الثلاثة باهتة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها.

وأضاف فينكلشتاين: “مع التلسكوبات الأخرى ، تبدو هذه الأهداف مثل مجرات تشكل النجوم عادية ، وليست ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة نشطة”.

سمحت الأطياف الحساسة لـ JWST أيضًا لهؤلاء الباحثين بقياس المسافات الدقيقة ، وبالتالي أعمار المجرات في الكون المبكر. حدد أعضاء الفريق بابلو أرابال هارو من NOIRLab التابع لمؤسسة العلوم الوطنية وسيجي فوجيموتو ، باحث ما بعد الدكتوراه وزميل هابل في جامعة أوستن ، 11 مجرة ​​كانت موجودة من 470 إلى 675 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. إنها ليست بعيدة جدًا فحسب ، بل إن حقيقة اكتشاف العديد من المجرات اللامعة أمر جدير بالملاحظة. افترض الباحثون أن تلسكوب جيمس ويب الفضائي سيكتشف عددًا أقل من المجرات مما هو موجود في هذه المسافات.

قال أرابال هارو: “لقد طغت علي كمية الأطياف التفصيلية للغاية للمجرات البعيدة التي عادت ويب”. “هذه البيانات لا تصدق على الإطلاق.”

هذه المجرات تشكل نجومًا بسرعة ولكنها لم يتم إثراءها كيميائيًا مثل المجرات الأقرب إلى الوطن.

أوضح فوجيموتو أن “ويب كان أول من اكتشف بعض هذه المجرات”. وأضاف: “هذه المجموعة ، إلى جانب المجرات البعيدة الأخرى التي قد نحددها في المستقبل ، قد تغير فهمنا لتشكيل النجوم وتطور المجرات عبر التاريخ الكوني”.