الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر حدت من شهيتها


الكوازار المزدوج

نشر فريق دولي من علماء الفيزياء الفلكية نتائج الملاحظات التي قدمت مفتاحًا مهمًا لشرح آلية التطور المشترك للثقوب السوداء الضخمة والمجرات المضيفة في مرحلة مبكرة من وجود الكون. استنادًا إلى نتائج تحليل أطياف 30 كوازارًا عند انزياح أحمر من 5.8 إلى 6.6 ، يشير المؤلفون إلى أنه في تلك الحقبة ، ولّد العديد من الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات تدفقات قوية للغاية من المادة التي أعاقت نموها. هذه الاستنتاجات ، إذا تأكدت ، ستتطلب تعديل نماذج تطور المجرات في الكون الفتى.

على مدى العقود الماضية ، أثبت علماء الفلك ذلك بالفعل في النصف الثاني من أول مليار سنة بعد ذلك .الانفجار العظيم كان الكون مليئًا بالمجرات سريعة التكوين ، والتي كانت في قلبها الثقوب السوداء الهائلة. كانوا محاطين بالضخامة أقراص التراكم، والتي ولّدت إشعاعًا كهرومغناطيسيًا قويًا في نطاق واسع من الترددات ، محولة هذه الثقوب إلى شديدة السطوع الكوازار. كمراجعة جيدة للجوانب المختلفة لولادة وتطور الثقوب السوداء ، يمكنني أن أوصي بمقال مكتوب بوضوح شديد. تكوين وتطور الثقوب السوداء الضخمة عالمة الفيزياء الفلكية الفرنسية مارثا فولونتيري ، التي ظهرت عام 2012 في المجلة علوم (النص الكامل للمقالة في شكل نسخة أولية متاح هنا).

حاليًا ، يعتبر أقدم ممثل لعائلة الكوازارات الأولى J0313-1806 بإضاءة كلية (بوليومترية) 1.4 × 1047 erg / ثانية (F. Wang et al. ، 2021. كوازار مضيء في Redshift 7.642). إشعاعها يصل إلى الأرض من الانزياح الأحمر ض = 7.642 ، وهو ما يتوافق مع عمر حوالي 670 مليون سنة بعد الانفجار العظيم (بمعنى آخر ، حوالي 13 مليارًا قبل عصرنا بـ 130 مليون سنة). تقدر كتلة الثقب الأسود بـ (1.6 ± 0.4) × 109 الكتل الشمسية ، ومعدل تشكل النجوم السنوي في المجرة المحيطة حوالي 200-250 كتلة شمسية. توصل مكتشفو الكوازار إلى استنتاج مفاده أن هذه المجرة تمكنت بحلول ذلك الوقت من تجميع جزيئات الغبار بكتلة إجمالية تبلغ 70 مليون كتلة شمسية – وهذا بالإضافة إلى مكونها الغازي. ربما المركز الثاني ينتمي إلى الكوازار ص 172 + 18، التي انبعثت فوتوناتها المحاصرة على الأرض بعد 680 مليون سنة من الانفجار العظيم (إي بانيادوس وآخرون ، 2021. اكتشاف كوازار عالي الصوت عالي التردد عند z = 6.82).

تجدر الإشارة إلى أنه منذ أكثر من 13 مليار سنة ، كان الغاز الكوني يتألف أساسًا من ذرات وجزيئات متعادلة. ومع ذلك ، في تلك الحقبة كان هناك بالفعل ولادة نشطة لنجوم شديدة الحرارة وبالتالي تحترق بسرعة. الجيل الاول مع كتل في العشرات والمئات وحتى ، وفقًا لبعض النماذج ، الآلاف من الكتل الشمسية. سيطرت كمية الأشعة فوق البنفسجية على إشعاعها ، والتي تسببت في إخراج الإلكترونات من جزيئات الغاز وتحويلها إلى أيونات (تسمى هذه العملية عادةً إعادة التأين مساحة كبيرة).

بحلول نهاية العقد الماضي ، عُرف أكثر من خمسين نجمًا كوازارًا مع انزياح أحمر يتراوح من ستة ونصف إلى سبعة. في ظل هذه الخلفية ، تبدو الكوازارات ذات الانزياحات الصغيرة إلى حد ما في الخطوط الطيفية ، والتي انبعث ضوءها الذي وصل إلى الأرض في بداية عصر إعادة التأين ، شائعة جدًا.

مؤلفو حديث مقالات في طبيعة سجية جمعت بيانات مفصلة عن أطياف ثلاثين من هذه الكوازارات مع انزياح أحمر من 5.8 إلى 6.6 (12.7-12.9 مليار سنة ضوئية). تم الحصول عليها خلال 250 ساعة من الملاحظات على مطياف النطاق العريض اكس شوتر، إحدى أدوات التلسكوب الكبير جدًا المرصد الأوروبي الجنوبيأقيمت على جبل سيرو بارانال في تشيلي. دعني أذكرك أنه يتضمن أربعة تلسكوبات رئيسية بفتحة 820 سم ، X-Shooter مثبت على التلسكوب رقم 2 ، المعروف أيضًا باسم Kuyen.

جميع الكوازارات الثلاثة عشر المرصودة ساطعة للغاية. الوسيط الحجم المطلق هذه المجموعة (أذكرك أنها تساوي المقدار الملحوظ لنفس الجسم إذا كانت على مسافة 10 فرسخ من الأرض) كانت 26.9. للمقارنة ، يُقدَّر الحجم المطلق لمجرتنا بسالب 20.9 ، وبالتالي فإن الفرق بينها وبين وسيط الكوازار هو سبع وحدات. هذا يعني أن مجرة ​​درب التبانة تتألق عند 2.526 = 256 مرة أخف من متوسط ​​الكوازار.

كما أشرت للتو ، كان مؤلفو العمل قيد المناقشة مهتمين بالمعلومات حول أطياف الكوازارات المرصودة ، والتي تم جمعها في كل من نطاق الطول الموجي البصري وفي منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة. كشفت معالجة هذه البيانات عن مناطق في أربعة عشر كوازارًا ذات خطوط امتصاص موسعة بقوة تحولت نحو الحافة الزرقاء للطيف البصري. ويترتب على ذلك أنهم يخدمون (بتعبير أدق ، لقد خدموا في تلك الحقبة البعيدة بلا حدود) كمصادر لأقوى نفاثات المادة ، والتي وصلت سرعتها القصوى إلى 17٪ من سرعة الضوء. إذن البيان الرئيسي للمقال هو كما يلي: 47 في المائة من الكوازارات المرصودة كانت تقذف بفاعلية نفاثات قوية من مادة شديدة الحرارة في الفضاء المحيط ، متسارعة إلى سرعات سفلية. يتم الحصول على هذه النتيجة بمستوى ثقة 90 بالمائة.

ما هي النقطة هنا؟ جمع علماء الفيزياء الفلكية الكثير من البيانات عن أطياف الكوازارات ، والتي كانت موجودة بالفعل بعد نهاية عملية إعادة التأين. لقد أظهروا أن نسبة الكوازارات التي لها رياح ذات قوة مماثلة ، والتي يُظهر إشعاعها المرصود انزياحًا أحمر في نطاق اثنين إلى أربعة ، هي فقط من 10 إلى 17 في المائة. وهكذا ، قصفت الكوازارات الأقدم الوسط النجمي بتيارات من مادة شديدة الحرارة في كثير من الأحيان أكثر من الكوازارات من العصور اللاحقة. وفقًا لمؤلفي المقال ، فإن النجوم الزائفة في الكون المبكر ، في المتوسط ​​، حقنت ما لا يقل عن عشرين مرة من الطاقة في الفضاء المحيط أكثر من الكوازارات “فقط” مع انزياح أحمر مزدوج أو ثلاثي.

هذا الاستنتاج ، إذا تم تأكيده من خلال الملاحظات اللاحقة ، له أهمية كبيرة في علم الكونيات. من المقبول عمومًا أن الثقب الأسود الموجود في قلب مجرة ​​نموذجية مع انزياح أحمر متوسط ​​أو صغير يكون في المتوسط ​​أصغر بثلاث مرات من كتلته. بالجو. هذا التقدير صحيح أيضًا بالنسبة لمجرة درب التبانة: تبلغ كتلة “ثقبنا الأسود” 4 ملايين كتلة شمسية ، وتقدر كتلة الانتفاخ المجري جنبًا إلى جنب مع الجسر بنحو تسعة مليارات كتلة شمسية. يشير هذا الارتباط إلى أن كتل الثقوب السوداء داخل المجرة التي لا تحتوي على انزياحات حمراء عالية جدًا تنمو بشكل متناسب تقريبًا مع الوقت. عادة ما يسمى هذا النوع من التطور المشترك للمجرات وثقوبها السوداء التكافل – الارتباط البيولوجي مناسب تمامًا هنا.

ومع ذلك ، لم يتم ملاحظة مثل هذا الارتباط بأي حال من الأحوال بالنسبة لأقدم سكان الكون. على الرغم من أن البيانات الدقيقة عنها لا تزال غير كافية تمامًا ، إلا أن نتائج الملاحظات التي تم إجراؤها بالفعل تُظهر أن كتلة الثقب المركزي (على الرغم من أنها ليست مطلوبة) يمكن أن تكون بترتيب من حيث الحجم أكبر من كتلة المجرة بأكملها. لذلك في عصر الفضاء هذا ، هناك سيناريوهان آخران محتملان على الأقل: أولاً ، تهيمن الثقوب السوداء من حيث النمو ، والتي تكتسب كتلة أسرع من مجراتها ، أو أن المجرات نفسها هي الأبطال الأولون للنمو.

أرز. 2. السيناريوهات المحتملة للتطور المشترك للثقب الأسود الهائل والمجرة المضيفة

ماذا يتبع من المقال قيد المناقشة؟ أظهر مؤلفوها أن العديد من الثقوب السوداء في نوى المجرة النشطة للكون المبكر فقدت المادة بسرعة من محيطها. نظرًا لأن رياح الأعاصير الكونية هذه قللت من كثافة المادة بالقرب من الثقوب السوداء ، فقد أدت إلى إبطاء معدل التراكم. وبالتالي ، فقد أبطأوا الزيادة في كتلة الثقوب السوداء وفي نفس الوقت أضافوا المادة الباريونية إلى المجرات ، والتي يمكن أن تصبح مادة خام لولادة النجوم. إذا كان كل شيء على ما يرام تمامًا ، ففي البداية نمت الثقوب بشكل أسرع من عدد النجوم في مجراتها ، وبعد ذلك ، تساوت معدلات نمو كلاهما تقريبًا أو أقل في مرحلة التعايش.

بالطبع ، في حين أن هذا مجرد استنتاج أولي – بل هو فرضية. سيتطلب التحقق منه ملاحظات مفصلة (وطويلة جدًا) لأطياف أقدم الكوازارات ، والتي من المحتمل أن تمتد على مدى سنوات عديدة. لحسن الحظ سيبدأ العمل قريبا تلسكوب جيمس ويب الفضائي، مما سيساعد هذه الدراسات بشكل كبير. ثم سيتم توصيل الجيل التالي من التلسكوبات الأرضية العملاقة ، والتي هي قيد الإنشاء حاليًا. واحدة من هذه الأدوات الفلكية للمستقبل تلسكوب كبير للغاية بفتحة تبلغ 39.3 مترًا ، والتي ستصبح الأداة الرئيسية للمرصد الأوروبي الجنوبي (يتم تنفيذ بنائه على ارتفاع ثلاثة كيلومترات على جبل سيرو أرماسونيس في صحراء أتاكاما التشيلية). ثم سيتم تأكيد هذه الفرضية أو دحضها. ومع ذلك ، دعونا لا نخمن – سيخبر الوقت.

مصدر: Bischetti، C. Feruglio، V. D’Odorico، N. Arav، E. Baths، G. Becker، SEI Bosman، S. Carniani، S. Cristiani، G. Cupani، R. Davies، A.C. Eilers، E.P. Farina ، A. Ferrara، R. Maiolino، C. Mazzucchelli، A. Mesinger، R. A. Meyer، M. Onoue، E. Piconcelli، E. Ryan-Weber، J.-T. شندلر ، إف وانغ ، جي يانغ ، واي تشو ، إف فيوري. قمع نمو الثقوب السوداء من خلال التدفقات القوية الخارجة عند الانزياحات الحمراء 5.8-6.6 // طبيعة سجية. 2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-04608-1.

أليكسي ليفين



Publicar un comentario

All comments are review by moderator. Please don't place any spam comment here.

Artículo Anterior Artículo Siguiente