تكتشف ناسا ثقبًا أسود هائلًا يحطم الأرقام القياسية على بعد أكثر من 13 مليار سنة ضوئية

• مؤشر رئيسي على تزايد الكتلة الفائقة الثقب الأسود – تم اكتشاف انبعاث للأشعة السينية – في مجرة ​​​​بعيدة للغاية.
• تقع هذه المجرة، UHZ1، على بعد 13.2 مليار سنة ضوئية، وقد تم رصدها عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.
• ناسامرصد شاندرا للأشعة السينية تلسكوب جيمس ويب الفضائي وتضافرت جهودهم لتحقيق هذا الاكتشاف.
• ويعتبر هذا أفضل دليل حتى الآن على أن بعض الثقوب السوداء الأولى تشكلت من سحب ضخمة من الغاز.

اكتشف علماء الفلك أبعد ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق بالأشعة السينية (في مجرة ​​تسمى UHZ1) باستخدام التلسكوبات الفضائية تشاندرا وويب. يعد انبعاث الأشعة السينية علامة واضحة على وجود ثقب أسود فائق الكتلة. يمكن لهذه النتيجة أن تفسر كيفية تشكل بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة الأولى في الكون. تُظهر هذه الصور مجموعة مجرات Abell 2744 التي يقع خلفها UHZ1، في بيانات تشاندرا للأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء Webb، بالإضافة إلى لقطات مقربة للمجرة المضيفة للثقب الأسود UHZ1. الائتمان: التصوير الشعاعي: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán؛ الأشعة تحت الحمراء: ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية/وكالة الفضاء الكندية/STScI؛ معالجة الصور: ناسا/CXC/SAO/L. فراتاري وك. اركاند

تلسكوبات ناسا تكتشف ثقبًا أسودًا قياسيًا

تكشف هذه الصورة عن أبعد ثقب أسود تم تحديده على الإطلاق باستخدام الأشعة السينية، ومن المحتمل أن تلقي الضوء على تكوين أول ثقوب سوداء فائقة الكتلة في الكون. تم هذا الاكتشاف باستخدام الأشعة السينية من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا (كما هو موضح باللون الأرجواني) وبيانات الأشعة تحت الحمراء من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (كما هو موضح باللون الأحمر والأخضر والأزرق).

المسافات المجرية والملاحظات

يقع الثقب الأسود البعيد للغاية في مجرة ​​UHZ1 باتجاه العنقود المجري Abell 2744. ويبعد العنقود المجري حوالي 3.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض. ومع ذلك، تكشف بيانات ويب أن UHZ1 أبعد بكثير من Abell 2744. وعلى بعد حوالي 13.2 مليار سنة ضوئية، يكون UHZ1 مرئيًا عندما كان عمر الكون 3٪ فقط من عمره الحالي.

عدسات الجاذبية والكشف عن الأشعة السينية

باستخدام أكثر من أسبوعين من ملاحظات تشاندرا، تمكن الباحثون من اكتشاف انبعاث الأشعة السينية من UHZ1، وهو مؤشر يدل على وجود ثقب أسود هائل ينمو في مركز المجرة. إشارة الأشعة السينية ضعيفة للغاية ولم يتمكن تشاندرا من كشفها -حتى مع هذه المراقبة الطويلة- إلا بسبب الظاهرة المعروفة باسم عدسة الجاذبية والتي زادت الإشارة أربعة أضعاف.

تقنيات التصوير والتوجيه

تُظهر الأجزاء الأرجوانية من الصورة الأشعة السينية القادمة من كميات كبيرة من الغاز الساخن في Abell 2744. وتُظهر صورة الأشعة تحت الحمراء مئات المجرات في العنقود، بالإضافة إلى عدد قليل من النجوم في المقدمة. يتم تكبير الإدخالات على مساحة صغيرة تتمحور حول UHZ1. الجسم الصغير في صورة ويب هو المجرة البعيدة UHZ1، ويظهر مركز صورة تشاندرا الأشعة السينية القادمة من مادة قريبة من الثقب الأسود الهائل في منتصف UHZ1. يرجع الحجم الكبير لمصدر الأشعة السينية مقارنة بالنظرة تحت الحمراء للمجرة إلى أنه يمثل أصغر حجم يمكن لشاندرا تحليله. تأتي الأشعة السينية في الواقع من منطقة أصغر بكثير من المجرة.

تم تطبيق تجانس مختلف على صورة Chandra ذات المجال الكامل وصورة Chandra القريبة. تم إجراء التجانس على العديد من البكسلات للصورة الكبيرة، من أجل تسليط الضوء على الانبعاث الضعيف للعناقيد، على حساب عدم وجود مصادر نقطية للأشعة السينية الضعيفة مثل UHZ1. تم تطبيق قدر أقل بكثير من التجانس على الصورة المقربة بحيث كانت مصادر الأشعة السينية الضعيفة مرئية. يتم توجيه الصورة بحيث يشير الشمال إلى 42.5 درجة إلى يمين الوضع الرأسي.

رسم توضيحي: تشكل ثقب أسود ثقيل من الانهيار المباشر لسحابة غازية هائلة. مصدر الصورة: ناسا/STScI/ليا هوستاك

أهمية الاكتشاف

يعد هذا الاكتشاف مهمًا لفهم كيف يمكن لبعض الثقوب السوداء الهائلة – تلك التي تحتوي على ما يصل إلى مليارات الكتل الشمسية وتتواجد في مراكز المجرات – أن تنمو إلى كتل هائلة بعد وقت قصير من الانفجار الكبير. هل تتشكل مباشرة من انهيار سحب الغاز الضخمة، مما يؤدي إلى خلق ثقوب سوداء يتراوح وزنها بين عشرة آلاف ومائة ألف شمس؟ أم أنها تأتي من انفجارات النجوم الأولى التي تخلق ثقوبًا سوداء يتراوح وزنها بين عشرة ومائة شمس فقط؟

نتائج البحث والآثار النظرية

ووجد فريق علماء الفلك دليلا قويا على أن الثقب الأسود المكتشف حديثا في UHZ1 ولد ضخما. ويقدرون كتلته بما يتراوح بين 10 و100 مليون شمس، بناءً على السطوع وطاقة الأشعة السينية، ويشبه نطاق كتلته نطاق كتلة جميع النجوم في المجرة التي يعيش فيها، وهو ما يتناقض بشكل حاد مع الثقوب السوداء الموجودة في مراكز المجرة. المجرات الموجودة في الكون المجاور، والتي تحتوي عادةً على حوالي عُشر بالمائة فقط من كتلتها. نجوم المجرة المضيفة.

كتلة الثقب الأسود كبيرة في سن مبكرة، إلى جانب الكمية التي يفرزها الثقب الأسود. انهيار سحابة غازية ضخمة.

البحث والتعاون المستمر

ويخطط الباحثون لاستخدام هذه النتائج وغيرها من نتائج ويب وتلك التي تجمع البيانات من التلسكوبات الأخرى لرسم صورة أوسع للكون المبكر.

تظهر المقالة التي تصف النتائج في علم الفلك الطبيعي. من بين المؤلفين أكوس بوجدان (مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان)، آندي جولدينج (جامعة برينستون)، بريامفادا ناتاراجان (جامعة ييل) ، أورسوليا كوفاكس (جامعة ماساريك، جمهورية التشيك)، جرانت تريمبلاي (CFA) ، أورميلا تشاداياموري (CfA)، مارتا فولونتيري (معهد باريس للفيزياء الفلكية، فرنسا)، رالف كرافت (CfA)، ويليام فورمان (CfA)، كريستين جونز (CfA)، يوجين تشورازوف (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية، ألمانيا)، و إيرينا جورافليفا (جامعة شيكاغو).

تعد بيانات ويب المستخدمة في كلا البحثين جزءًا من مسح يسمى Ultradeep Nirspec وnirCam Observations قبل عصر إعادة التأين (UNCOVER). تظهر المقالة التي كتبها عضو فريق UNCOVER آندي جولدينج في رسائل من المجلات الفيزيائية الفلكية. يشمل المؤلفون المشاركون أعضاء آخرين في فريق UNCOVER، بالإضافة إلى بوجدان وناتاراجان. هناك ورقة تفسيرية مفصلة تقارن الخصائص المرصودة لـ UHZ1 مع النماذج النظرية لمجرات الثقب الأسود الضخمة قيد المراجعة حاليًا وتتوفر نسخة أولية منها. هنا.

المراجع:

“دليل على أصل البذور الثقيلة لأول ثقوب سوداء فائقة الكتلة من كوازار الأشعة السينية az ≈ 10” بقلم آكوس بوجدان، آندي دي جولدينج، بريامفادا ناتاراجان، أورسوليا إي كوفاكس، جرانت آر تريمبلاي، أورميلا تشاداياموري، مارتا فولونتيري، رالف بي. كرافت، ويليام ر. فورمان، كريستين جونز، يوجين تشورازوف، وإرينا زورافليفا، 6 نوفمبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02111-9

“اكتشف: نمو أول ثقوب سوداء ضخمة من JWST/NIRSpec – تأكيد طيفي للانزياح الأحمر للأشعة السينية المضيئة AGN عند z = 10.1” بواسطة آندي د. جولدينج، جيني إي. جرين، ديفيد ج. سيتون، إيفو لابي، راشيل بيزانسون، تيم بي ميلر، حكيم عتيق، آكوس بوجدان، غابرييل برامر، إيرينا تشيميرينسكا، سام إي كاتلر، براتيكا دايال، يوشينوبو فوداموتو، سيجي فوجيموتو، لوكاس جيه. فورتاك، فاسيلي كوكوريف، غوراف خلار، جويل ليجا، دانيلو مارشيسيني، بريامفادا ناتاراجان، إيريكا نيلسون، باسكال أ. أويش، ريتشارد بان، كيسي بابوفيتش، سيدونا إتش. برايس، بيتر فان دوكوم، بينجي وانغ، 冰洁王، جون آر. ويفر، كاثرين إي. ويتاكر وآدي زيترين، سبتمبر 22, 2023, رسائل من مجلة الفيزياء الفلكية.
دوى: 10.3847/2041-8213/acf7c5

يدير مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا برنامج تشاندرا. يتحكم مركز شاندرا للأشعة السينية التابع لمرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في العمليات العلمية من كامبريدج، ماساتشوستس، وعمليات الطيران من بيرلينجتون، ماساتشوستس.

يعد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أول مرصد لعلوم الفضاء في العالم. سوف يحل ويب ألغاز نظامنا الشمسي، وينظر إلى ما وراء العوالم البعيدة حول نجوم أخرى، ويستكشف الهياكل والأصول الغامضة لكوننا ومكاننا فيه. ويب هو برنامج دولي تقوده وكالة ناسا مع شركائها وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالة الفضاء الكندية.