اكتشف علماء الفلك ثقبًا أسود بكتلة غير نمطية بالنسبة لمجرته

توجد الثقوب السوداء الهائلة في مراكز معظم المجرات الكبيرة. ويعتقد أن كتلتها مرتبطة بخصائص الأنظمة النجمية المحيطة: على سبيل المثال، كتلة الانتفاخ المركزي للمجرة أو سرعة حركة النجوم. ومع ذلك، لم يكن من الممكن حتى الآن التحقق مما إذا كانت هذه الاتصالات قد نجحت في بداية الكون. يتم الحصول على معظم تقديرات كتلة الثقوب السوداء البعيدة من النوى المجرية النشطة – الكوازارات الساطعة، حيث تسقط المادة بشكل مكثف على الثقب الأسود ويتم تسخينها إلى درجات حرارة هائلة. ومع ذلك، ترتبط هذه الطريقة بشكوك كبيرة وهي غير مناسبة لدراسة الأجسام الهادئة وغير النشطة. قام فريق دولي من علماء الفلك بقيادة أندرو بي نيومان من جامعة جنوب كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية) بمراقبة المجرة MRG-M0138 كما كانت قبل 3.5 مليار سنة تقريبًا. وفي طريقه إلى الأرض، يمر ضوءه عبر مجموعة هائلة من المجرات، التي تعمل مثل عدسة كونية عملاقة، مما يؤدي إلى تكبير الصورة ما يقرب من 30 مرة. وبفضل هذا، تمكن العلماء من رؤية التفاصيل التي عادة ما تظل غير قابلة للوصول حتى إلى أقوى التلسكوبات.

تم إجراء الملاحظات باستخدام مطياف NIRSpec المثبت على متن مرصد جيمس ويب الفضائي. جعل الجهاز من الممكن قياس سرعة حركة النجوم في أجزاء مختلفة من المجرة. ومن هذه الحركات يمكن تحديد توزيع الكتلة: فكلما زادت سرعة دوران النجوم حول المركز، زادت قوة الجاذبية هناك. ثم قام الباحثون ببناء نماذج ديناميكية مفصلة للمجرة، مع الأخذ في الاعتبار مساهمات النجوم والمادة المظلمة والثقب الأسود المحتمل. كشف تحليل المنطقة الوسطى من المجرة عن ذروة حادة في السرعات النجمية لا يمكن تفسيرها من خلال التجمعات النجمية أو المادة المظلمة وحدها. النماذج التي لا تحتوي على ثقب أسود لم تتطابق بشكل منهجي مع البيانات. تم الحصول على أفضل نتيجة فقط في وجود جسم كتلته ستة مليارات شمس. اختبر الباحثون أيضًا سيناريو بديلًا، وهو تراكم مضغوط للمادة المظلمة حول “وحش” ​​كوني قديم. ومع ذلك، لتفسير الملاحظات، يجب أن يكون لمثل هذا الهيكل كثافة عالية بشكل غير واقعي. وفي الوقت نفسه، أصبح الثقب الأسود نفسه الآن غير نشط عمليًا. لم تكشف الملاحظات الطيفية عن أي علامات على وجود قرص تراكمي قوي، وأظهرت تقديرات اللمعان شدة منخفضة للغاية لامتصاص المادة. وهذا يعني أن هذا العملاق الكوني قد تشكل بالفعل، ولكن بحلول وقت المراقبة كان قد توقف عن النمو تقريبًا.

وتشير المقارنات مع المجرات الحديثة إلى أن كتلة الثقب الأسود أكبر بحوالي 12 مرة مما كان متوقعا. تم الحفاظ على العلاقة بين كتلة الجسم وسرعة حركة النجوم وتبين أنها تقريبًا مماثلة لتلك الموجودة في المجرات في الكون الحديث. لذلك، يمكن للثقوب السوداء أن تكتسب كتلة أسرع من المجرات المضيفة لها. استمرت المجرات نفسها في إعادة البناء، مما أدى إلى زيادة أعدادها النجمية بعد المرحلة الرئيسية لنمو الثقب الأسود. اقترح مؤلفو ورقة علمية نشرت في مجلة Science أن MRG-M0138 شهد مرحلة كوازار لامعة في الماضي. في هذه الحالة، يمتص الثقب الأسود النشط المادة بشكل مكثف، ويطلق كمية هائلة من الطاقة. هذا الأخير قادر على نفخ الغاز خارج المجرة وقمع تكوين النجوم الجديدة. يتناسب هذا السيناريو جيدًا مع النظريات الحالية، والتي بموجبها تلعب الثقوب السوداء فائقة الكتلة دورًا مهمًا في تطور المجرات، ويمكنها في الواقع “إيقاف” تكوين النجوم. يفتح البحث طريقة جديدة لدراسة الثقوب السوداء في بداية الكون. إذا كانت القياسات المباشرة سابقًا ممكنة فقط للمجرات القريبة نسبيًا، فإن الجمع بين قدرات ويب وعدسة الجاذبية يسمح لنا بالنظر إلى الماضي البعيد.