ربما نكون قد نجحنا أخيرًا في حل مشكلة الدجاجة أو البيضة في علم الكونيات

إذا، كما كتب الروائي الفيلسوف صموئيل بتلر في عام 1878، “الدجاجة هي مجرد طريقة بيضة لصنع بيضة أخرى”، فإن المجرة قد تكون مجرد طريقة ثقب أسود لصنع ثقب أسود آخر. وبعبارة أخرى، في مسألة أيهما جاء أولاً، يبدو أن الثقب الأسود هو الذي انتصر.

كل مجرة ​​ضخمة رأيناها من قبل، في جميع أنحاء الكون، لديها ثقب أسود هائل في مركزها. ويرتبط الاثنان ارتباطًا وثيقًا: فكل مكونات المجرة تغذي الثقب الأسود، والذي بدوره يشكل تطور المجرة. لكن كيف يبدأ هذا التعايش هو سؤال طويل الأمد في علم الكونيات. هل يتشكل الثقب الأسود ثم تجمع المواد حوله لتكوين مجرة، أم أن المجرة تنمو ثم تنهار في المنتصف لتشكل ثقبًا أسود؟

الجزء الرئيسي من هذا السؤال هو الاستحالة الظاهرة للثقوب السوداء فائقة الكتلة بحد ذاتها. إنهم ببساطة أكبر من أن يوجدوا. أو على الأقل هي أكبر من أن تبدأ في الوجود عندما بدأت، أي بعد أقل من 500 مليون سنة من الانفجار الأعظم. قد يبدو هذا وقتًا طويلًا للنمو، لكن إذا كان عمر الكون تقويمًا، مع حدوث الانفجار الكبير في الأول من يناير واليوم هو 31 ديسمبر، فإن الثقوب السوداء الأولى فائقة الكتلة كانت بالفعل أكبر بمئات الملايين من أضعاف كتلة الشمس بحلول منتصف يناير. ووفقاً لقوانين الفيزياء كما نفهمها، لا توجد طريقة واضحة لنموها بهذه الضخامة بهذه السرعة.

هناك أربع طرق نعرفها لتكوين الثقوب السوداء الهائلة. الأكثر بديهية هو من خلال اندماج الثقوب السوداء القديمة المنتظمة ذات الكتلة النجمية والتي تتشكل عندما تنهار النجوم الضخمة – ولكن حتى مجرد نمو النجم يستغرق مئات الملايين إلى مليارات السنين، وبعد ذلك يجب أن تنهار ثم تستمر في الاندماج. لم يكن هناك ما يكفي من الوقت للوصول إلى كل هذا. والثاني هو من خلال تكوين ما يسمى بالبذرة الضخمة، والتي من المحتمل أن تكون واحدة كبيرة جدًا من أقدم النجوم، تسمى النجوم البدائية، أو نجمًا مصنوعًا من مادة مظلمة أو حتى عنقود نجمي. هذا مجرد تأخير في الطريق، لأنه لا يزال يتعين عليك تكوين تلك البذرة في وقت مبكر جدًا من الكون، ومرة ​​أخرى، لدينا 500 مليون سنة فقط للعمل عليها وهذا ليس كافيًا. لذا، يتبقى لدينا خياران قابلان للتطبيق: الانهيار المباشر، حيث يتم منع سحابة ضخمة من الغاز من تشكيل النجوم بسبب الإشعاع القوي حتى تصبح ضخمة جدًا لدرجة أنها تتحول مباشرة إلى ثقب أسود دون أي خطوات وسيطة أخرى، والثقوب السوداء البدائية.

الثقوب السوداء البدائية مثيرة للجدل بشكل خاص لأنه لا يوجد دليل دامغ عليها، لكنها ستكون مفيدة بشكل خاص إذا كانت موجودة بالفعل. سيكونون أيضًا غريبين جدًا، لذلك بينما أنا شخصيًا متشكك جدًا بشأن وجودهم، آمل أن يكونوا هناك. لو كانت موجودة بالفعل، لكانت قد تشكلت في اللحظات الأولى بعد الانفجار الأعظم، ليس من النجوم (النجوم لم تكن موجودة بعد) ولكن ببساطة بسبب الضغط الشديد للكون المبكر. معظم الاهتمام بها هو أنها يمكن أن تكون أصغر بكثير من أي نوع آخر من الثقوب السوداء، ولكن هذا ليس الشيء الذي نهتم به هنا. عندما يتعلق الأمر بتكوين المجرات، فإن النوع الذي نهتم به سيكون في الواقع ضخمًا، لأنها كانت قد بدأت أكبر وتشكلت في وقت أبكر من أي من الخيارات الأخرى.

إذا كانت الثقوب السوداء البدائية حقيقية، وكذلك الطريقة التي أصبحت بها الثقوب السوداء فائقة الكتلة كبيرة جدًا في وقت مبكر جدًا، فهذه إجابة محددة لمشكلة الدجاجة أو البيضة. لا يمكن أن تكون المجرات قد تشكلت في وقت مبكر مثل هذه الثقوب السوداء. لكن ليس لدينا أي دليل عليهم.

أو على الأقل، لم نفعل ذلك. بفضل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، تمكنا مؤخرًا من رؤية أقرب من أي وقت مضى إلى بداية السنة الكونية، وفي كل فترة زمنية ننظر إليها يبدو أنها تحتوي بالفعل على ثقوب سوداء فائقة الكتلة. ومع ذلك، فإن بنية المجرات تتغير كلما نظرنا إلى أبعد وأبعد من ذلك. كان أكبر وألمع مثال على ذلك من تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو ظهور مجرات بعيدة يطلق عليها اسم النقاط الحمراء الصغيرة، والتي لم نرها من قبل ولكن رصد تلسكوب جيمس ويب المئات منها. إنهم، كما يوحي اسمهم، صغيرون، وحمراء، وبعيدون جدًا.

لقد استغرق الأمر بعض الوقت للتأكد بشكل كامل من أن هذه كانت في الواقع مجرات، لكننا الآن متأكدون إلى حد ما من ذلك. وبافتراض أنها مجرات، فإن الثقوب السوداء الموجودة في مراكزها تكون كبيرة بشكل غير عادي وتدور بسرعة غير عادية. هناك العديد من الألغاز الأخرى أيضًا، لكن حجم تلك الثقوب السوداء هو اللغز الغريب حقًا. عندما اكتشف الباحثون في عام 2024 أن الثقوب السوداء ربما تكون ما بين 20 إلى 70% من كتلة هذه المجرات -معظم الثقوب السوداء فائقة الكتلة أقل بكثير من نصف كتلة المجرات المضيفة لها- بدا أنه لا توجد طريقة حقيقية للتوفيق بين ذلك.

JWST للإنقاذ مرة أخرى. بالإضافة إلى ذلك، هناك مصادفة هندسية أدت إلى تضخيم ضوء نقطة حمراء صغيرة تسمى Abell 2744-QSO1 (أو QS01 فقط)، والتي أعطت علماء الفلك رؤية غير مسبوقة لمجرة كانت موجودة بعد 700 مليون سنة فقط من الانفجار الأعظم. ومن خلال قياس سرعة الغاز الذي يدور حول مركزه، والذي يتحرك بسرعة غير عادية، تمكنوا من حساب كتل QS01 وثقبها الأسود المركزي – وهو قياس لم يتم إجراؤه من قبل لأي ثقب أسود خلال مليار سنة من الانفجار الأعظم. وتبين أن الثقب الأسود تبلغ كتلته حوالي 50 مليون كتلة شمسية. يبلغ عدد المجرة بأكملها حوالي 75 مليونًا على الأكثر.

هناك طريقتان فقط لتفسير ذلك، إما الانهيار المباشر أو الثقب الأسود البدائي، ولا تتضمن أي منهما تشكل المجرة قبل الثقب الأسود. لذا يبدو أن الثقب الأسود الموجود في مركز هذه المجرة تحديدًا، على الأقل، كان عبارة عن بيضة، وجاء أولاً. تم حل المشكلة.

بالطبع، الأمر ليس بهذه السهولة أبدًا. نحتاج الآن إلى التحقق من أكبر عدد ممكن من النقاط الحمراء الصغيرة الأخرى لمعرفة ما إذا كان QS01 نموذجيًا، ومحاولة معرفة كيفية تشكل ثقبه الأسود بالضبط ومما تتكون بقية المجرة. مما لا شك فيه أن الإجابات على هذه الأسئلة ستثير سلسلة أخرى من الألغاز. لكن الأمر يستحق الاحتفال بالفوز، وهذه المرة فقط يمكننا أن نقول أخيرًا: البيضة جاءت أولاً.