يوجد ثقب أسود هائل في مركز كل مجرة في الكون تقريبًا. كيف وصلوا الى هناك؟ ما العلاقة بين هذه الثقوب السوداء الوحشية والمجرات التي تحيط بها؟
في كل مرة ينظر علماء الفلك بعيدًا في الكون ، يكتشفون ألغازًا جديدة. تتطلب هذه الألغاز جميع الأدوات والتقنيات الجديدة لفهمها. تؤدي هذه الألغاز إلى المزيد من الألغاز. ما أقوله هو أنها سلاحف غامضة على طول الطريق.
أحد أكثر الأشياء إثارة هو اكتشاف النجوم الزائفة ، وفهم ماهيتها ، وكشف النقاب عن لغز أعمق ، من أين أتت؟
كما هو الحال دائمًا ، أنا أستبق نفسي ، لذا أولاً ، دعنا نعود ونتحدث عن اكتشاف النجوم الزائفة.
تظهر السحب الجزيئية المنتشرة بواسطة ثقب أسود متوسط تشتتًا سريعًا للغاية في انطباع هذا الفنان. يشرح هذا السيناريو جيدًا ميزات المراقبة لسحابة جزيئية غريبة CO-0.40-0.22. الائتمان: جامعة كيو
في الخمسينيات من القرن الماضي ، قام علماء الفلك بمسح السماء باستخدام التلسكوبات الراديوية ، ووجدوا فئة من الأجسام الغريبة في الكون البعيد. كانت مشرقة جدًا وبعيدة بشكل لا يصدق ؛ مئات الملايين أو حتى مليارات السنين الضوئية. تم اكتشاف العناصر الأولى في الطيف الراديوي ، ولكن بمرور الوقت ، وجد علماء الفلك اشتعالًا أكبر في الطيف المرئي.
ابتكر عالم الفلك هونغ يي تشيو مصطلح 'كوازار' ، والذي يرمز إلى جسم شبه نجمي. كانت مثل النجوم ، تتألق من مصدر واحد ، لكن من الواضح أنها لم تكن نجومًا ، تشتعل بإشعاع أكثر من مجرة بأكملها.
على مدى عقود ، حير علماء الفلك طبيعة الكوازارات ، وعلموا أنها في الواقع ثقوب سوداء ، تغذي وتطلق الإشعاع بنشاط ، مرئية على بعد مليارات السنين الضوئية.
لكنها لم تكن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ، والتي عُرف أنها ناتجة عن موت النجوم العملاقة. كانت هذه ثقوبًا سوداء هائلة الكتلة تبلغ كتلتها ملايين أو حتى بلايين المرات من كتلة الشمس.
منذ سبعينيات القرن الماضي ، نظر علماء الفلك في إمكانية وجود هذه الثقوب السوداء الهائلة في قلب العديد من المجرات الأخرى ، حتى مجرة درب التبانة.
مجرة الدوامة (Spiral Galaxy M51، NGC 5194) ، مجرة حلزونية كلاسيكية تقع في كوكبة Canes Venatici ، ورفيقتها NGC 5195. Credit: NASA / ESA
في عام 1974 ، اكتشف علماء الفلك مصدرًا لاسلكيًا في مركز مجرة درب التبانة ينبعث منه إشعاع. كان بعنوان القوس A * ، بعلامة النجمة التي تعني 'مثيرة' ، حسنًا ، في منظور 'الذرات المثارة'.
وهذا من شأنه أن يتطابق مع انبعاثات الثقب الأسود الهائل الذي لم يكن يتغذى بشكل فعال على المواد. يمكن أن تكون مجرتنا كوازار في الماضي أو في المستقبل ، لكن في الوقت الحالي ، كان الثقب الأسود صامتًا في الغالب ، باستثناء هذا الإشعاع الخفي.
احتاج علماء الفلك إلى التأكد ، لذلك أجروا مسحًا تفصيليًا لمركز مجرة درب التبانة في طيف الأشعة تحت الحمراء ، مما سمح لهم برؤية الغاز والغبار الذي يحجب اللب في الضوء المرئي.
اكتشفوا مجموعة من النجوم تدور حول نجم القوس ، مثل المذنبات التي تدور حول الشمس. فقط الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته ملايين المرات من كتلة الشمس يمكن أن يوفر نوعًا من مرساة الجاذبية لجلد هذه النجوم في مثل هذه المدارات الغريبة.
وجدت استطلاعات أخرى وجود ثقب أسود هائل في قلب مجرة أندروميدا ، في الواقع ، يبدو كما لو أن هذه الوحوش تقع في مركز كل مجرة تقريبًا في الكون.
لكن كيف تشكلوا؟ من أين أتوا؟ هل تشكلت المجرة أولاً ، وتسببت في تشكل الثقب الأسود في المنتصف ، أم تشكل الثقب الأسود ، وبنى مجرة حولها؟
حتى وقت قريب ، كان هذا في الواقع أحد أكبر الألغاز التي لم يتم حلها في علم الفلك. بعد قولي هذا ، أجرى علماء الفلك الكثير من الأبحاث ، مستخدمين المزيد والمزيد من المراصد الحساسة ، وعملوا على صياغة نظرياتهم ، والآن يقومون بجمع الأدلة للمساعدة في الوصول إلى جوهر هذا اللغز.
طور علماء الفلك نموذجين لكيفية تكامل بنية الكون واسعة النطاق معًا: من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى .
في النموذج من أعلى إلى أسفل ، مجرة كاملة تشكلت الكتلة الفائقة مرة واحدة من سحابة ضخمة من الهيدروجين البدائي المتبقي من الانفجار العظيم. قيمة النجوم من العنقود العملاق.
عندما اجتمعت السحابة معًا ، تبدلت ، مطلقةً المجرات الحلزونية الأصغر والمجرات القزمة. يمكن أن تتحد هذه لاحقًا لتشكل الهيكل الأكثر تعقيدًا الذي نراه اليوم. كانت الثقوب السوداء الهائلة قد تكونت كنواة كثيفة لهذه المجرات عندما اجتمعت معًا.
صورة هابل لميسييه 54 ، كتلة كروية تقع في مجرة القوس القزم. الائتمان: ESA / Hubble & NASA
إذا كنت تريد أن تلف عقلك حول هذا ، فكر في الحضانة النجمية التي شكلت شمسنا ومجموعة من النجوم الأخرى. تخيل سحابة واحدة من الغاز والغبار تشكل أنظمة نجوم متعددة داخلها. بمرور الوقت ، نضجت النجوم وانجرفت بعيدًا عن بعضها البعض.
هذا من أعلى إلى أسفل. حدث واحد كبير يؤدي إلى الهيكل الذي نراه اليوم.
في النموذج السفلي ، تجمع جيوب من الغاز والغبار معًا في كتل أكبر وأكبر ، في النهاية تشكيل المجرات القزمية ، وحتى العناقيد والتجمعات العملاقة التي نراها اليوم. نمت الثقوب السوداء الهائلة في قلب المجرات من الاصطدامات والاندماجات بين الثقوب السوداء على مدى دهور.
في الواقع ، هذه هي الطريقة التي يعتقد بها علماء الفلك أن الكواكب في النظام الشمسي تشكلت. بواسطة قطع من الغبار تجذب بعضها البعض إلى حبيبات أكبر وأكبر حتى تشكلت الأجسام بحجم الكوكب على مدى ملايين السنين.
من الأسفل إلى الأعلى ، تتجمع الأجزاء الصغيرة معًا.
بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ، كان الكون بأكمله كثيفًا بشكل لا يصدق. لكنها لم تكن بنفس الكثافة في كل مكان. تطورت تقلبات كمية صغيرة في الكثافة في البداية على مدى بلايين السنين من التوسع إلى العناقيد المجرية العملاقة التي نراها اليوم.
يمكن أن تجبر المجرات المتصادمة الثقوب السوداء الهائلة في نواتها معًا (NCSA)
أريد أن أتوقف وأدع هذا يغرق في عقلك لثانية. كانت هناك اختلافات مجهرية في الكثافة في بدايات الكون. وأصبحت هذه الاختلافات هي الهياكل التي تمتد عبر مئات الملايين من السنين الضوئية التي نراها اليوم.
تخيل أن القوتين تلعبان دورًا في حدوث توسع الكون. من ناحية ، لديك الجاذبية المتبادلة للجسيمات التي تجذب بعضها البعض. ومن ناحية أخرى ، لديك تمدد في الكون يفصل الجسيمات عن بعضها البعض. تم تحديد حجم المجرات والعناقيد والعناقيد العملاقة من خلال نقطة توازن تلك القوى المتعارضة.
إذا اجتمعت القطع الصغيرة معًا ، فستحصل على هذا التشكيل من الأسفل إلى الأعلى. إذا اجتمعت القطع الكبيرة معًا ، فستحصل على هذا التشكيل من أعلى إلى أسفل.
عندما ينظر علماء الفلك إلى الكون على المقاييس الأكبر ، فإنهم يرصدون العناقيد والعناقيد العملاقة بقدر ما يمكنهم رؤيته - وهو ما يدعم النموذج من أعلى إلى أسفل.
من ناحية أخرى ، تُظهر الملاحظات أن النجوم الأولى تشكلت بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط من الانفجار العظيم ، مما يدعم القاعدة من الأسفل إلى الأعلى.
إذن الجواب كلاهما؟
لا ، أحدث الملاحظات تعطي حافة العمليات من أسفل إلى أعلى .
المفتاح هو أن الجاذبية تتحرك بسرعة الضوء ، مما يعني أن تفاعلات الجاذبية بين الجسيمات المنتشرة بعيدًا عن بعضها البعض ضرورية للحاق بالركب بسرعة الضوء.
بعبارة أخرى ، لن تحصل على مواد ذات قيمة عنقود فائق تتجمع معًا ، فقط مادة ذات قيمة نجمية. لكن هذه النجوم الأولى كانت مصنوعة من الهيدروجين والهيليوم النقي ، ويمكن أن تنمو بشكل أكبر بكثير من النجوم التي لدينا اليوم. سيعيشون بسرعة ويموتون في انفجارات سوبر نوفا ، مما يخلق ثقوبًا سوداء ضخمة أكثر مما نحصل عليه اليوم.
يوضح هذا الرسم التوضيحي المراحل الأخيرة من حياة نجم فائق الكتلة لا ينفجر كمستعر أعظم ، ولكنه بدلاً من ذلك ينهار ليشكل ثقبًا أسود. الائتمان: NASA / ESA / P. جيفريز (STScI)
اجتمعت المجرات الأولية الأولى معًا وجمعت هذه الثقوب السوداء الوحوش الأولى والنجوم الضخمة المحيطة بها. وبعد ذلك ، على مدى ملايين ومليارات السنين ، اندمجت هذه الثقوب السوداء مرارًا وتكرارًا ، حيث جمعت ملايين بل مليارات المرات من كتلة الشمس. هكذا حصلنا على المجرات الحديثة التي نراها اليوم.
كانت هناك ملاحظة حديثة تدعم هذا الاستنتاج. في وقت سابق من هذا العام ، أعلن علماء الفلك عن اكتشاف ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مركز مجرات صغيرة نسبيًا. في مجرتنا درب التبانة ، يبلغ حجم الثقب الأسود الهائل 4.1 مليون مرة كتلة الشمس ، لكنه يمثل 0.01٪ فقط من الكتلة الكلية للمجرة.
لكن علماء الفلك من جامعة يوتا وجدوا مجرتان مضغوطتان للغاية مع وجود ثقوب سوداء تبلغ 4.4 مليون و 5.8 مليون مرة كتلة الشمس على التوالي. ومع ذلك ، فإن الثقوب السوداء تمثل 13 و 18 في المائة من كتلة المجرات المضيفة.
الاعتقاد السائد هو أن هذه المجرات كانت طبيعية في السابق ، لكنها اصطدمت مع مجرات أخرى في وقت سابق في تاريخ الكون ، وجُردت من نجومها ثم تم بصقها لتجول في الكون.
إنهم ضحايا تلك الأحداث المندمجة المبكرة ، وهي دليل على المذبحة التي حدثت في بداية الكون عندما كانت الاندماجات تحدث.
نتحدث دائمًا عن الألغاز التي لم يتم حلها في الكون ، ولكن هذا هو اللغز الذي بدأ علماء الفلك في حله.
يبدو على الأرجح أن بنية الكون التي نراها اليوم تشكلت من الأسفل إلى الأعلى. اجتمعت النجوم الأولى معًا في مجرات أولية ، وماتت على شكل مستعر أعظم لتشكل الثقوب السوداء الأولى. إن بنية الكون التي نراها اليوم هي النتيجة النهائية لمليارات السنين من التكوين والدمار. مع تجمع الثقوب السوداء الهائلة معًا بمرور الوقت.
مرة واحدة مثل التلسكوبات جيمس ويب لنبدأ العمل ، يجب أن نكون قادرين على رؤية هذه القطع تتجمع ، على حافة الكون المرئي.
بودكاست (صوتي): تحميل (المدة: 11:06 - 3.8 ميجا بايت)
الإشتراك: آبل بودكاست | RSS
بودكاست (فيديو): تحميل (المدة: 11:06 - 143.0MB)
الإشتراك: آبل بودكاست | RSS