تشير النتائج الجديدة إلى أن المادة المظلمة لعبت دورًا حاسمًا في تكوين الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الكون المبكر
يستغرق الثقب الأسود الهائل، مثل ذلك الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة، وقتًا طويلاً للتشكل. عادة، لكي يتشكل ثقب أسود، يجب على نجم عملاق تبلغ كتلته ما لا يقل عن 50 كتلة شمسية أن ينطفئ - وهي عملية تستغرق مليار سنة - ويجب أن ينهار جوهره على نفسه.
ومع ذلك، فإن حجم الثقب الأسود الناتج يبلغ حوالي عشرة أضعاف كتلة الشمس، وهو بعيد كل البعد عن ثقب القوس الأسود A*، أو الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته 4 ملايين كتلة شمسية الموجود في درب التبانة، أو الثقوب السوداء الهائلة التي تبلغ كتلتها مليار كتلة شمسية الموجودة في المجرات الأخرى. . يمكن لمثل هذه الثقوب السوداء الهائلة أن تتشكل من ثقوب سوداء أصغر حجمًا عن طريق امتصاص الغاز والنجوم، ومن خلال الاندماج مع ثقوب سوداء أخرى، وهو ما يستغرق مليارات السنين.
لماذا إذن اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة بالقرب من بداية الزمن، أي قبل عصور من تشكلها؟ لدى علماء الفيزياء الفلكية بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس إجابة غامضة مثل الثقوب السوداء نفسها: تمنع المادة المظلمة الهيدروجين من التبريد لفترة كافية حتى تتمكن الجاذبية من تكثيفه في السحب التي كانت كبيرة وكثيفة بما يكفي لتصبح ثقوبًا سوداء بدلاً من النجوم.
وقال كبير الباحثين ألكسندر كوسينكو: "لقد فوجئنا للغاية باكتشاف ثقب أسود هائل يبلغ حجمه مليار كتلة شمسية، في حين أن عمر الكون نفسه يبلغ نصف مليار سنة فقط". "إنه مثل العثور على سيارة حديثة بين عظام الديناصورات والتساؤل عن من صنع السيارة في عصور ما قبل التاريخ."
اقترح بعض علماء الفيزياء الفلكية أن سحابة كبيرة من الغاز انهارت لتشكل ثقبًا أسود هائلًا بشكل مباشر، متجاوزة العملية الطويلة لتكوين النجوم والتراكم والاندماجات. ولكن هناك مشكلة: الجاذبية ستسحب وتجمع سحابة كبيرة من الغاز، ولكن ليس في سحابة واحدة كبيرة. وبدلًا من ذلك، يقوم بتجميع أجزاء من الغاز في هالات صغيرة تطفو بالقرب من بعضها البعض ولكنها لا تشكل ثقبًا أسود.
والسبب هو أن سحابة الغاز تبرد بسرعة كبيرة. وطالما أن الغاز ساخن، فإن ضغطه يمكن أن يقاوم الجاذبية. لكن إذا برد الغاز، يقل الضغط وتسود الجاذبية في العديد من المناطق الصغيرة، التي تنهار إلى أجسام مضغوطة قبل أن تتاح للجاذبية فرصة سحب السحابة بأكملها إلى ثقب أسود واحد.
وقال المؤلف الأول ييفان لو: "إن سرعة تبريد الغاز تعتمد بشكل كبير على كمية الهيدروجين الجزيئي". "إن ذرات الهيدروجين المرتبطة ببعضها البعض في الجزيء تبدد الطاقة عندما تلتقي بذرة هيدروجين حرة. وتصبح جزيئات الهيدروجين عامل تبريد عندما تمتص الطاقة الحرارية وتشعها. كانت سحب الهيدروجين في بداية الكون تحتوي على الكثير من الهيدروجين الجزيئي، وكان يبرد الغاز بسرعة ويشكل هالات صغيرة بدلا من السحب الكبيرة."
كتب لو وباحث ما بعد الدكتوراه زاكاري بيكر رمزًا لحساب جميع العمليات المحتملة في هذا السيناريو، واكتشفا أن الإشعاع الإضافي يمكن أن يسخن الغاز ويفصل جزيئات الهيدروجين، مما يغير طريقة تبريد الغاز.
وقال: "إذا أضفت إشعاعًا في نطاق طاقة معين، فإنه يدمر الهيدروجين الجزيئي ويخلق ظروفًا تمنع تشتت السحب الكبيرة".
ولكن ما هو مصدر الإشعاع؟
إن جزءًا صغيرًا جدًا من المادة الموجودة في الكون هو من النوع الذي يتكون منه أجسادنا والأرض والنجوم وكل شيء آخر يمكننا تمييزه. إن الغالبية العظمى من المادة، التي كشفت عنها تأثيرات الجاذبية على الأجسام الموجودة بين النجوم وانحناء أشعة الضوء من مصادر بعيدة، تتكون من بعض الجسيمات الجديدة التي لم يحددها العلماء بعد.
خصائص وأشكال المادة المظلمة لا تزال لغزا لم يتم حله. نحن لا نعرف ما هي المادة المظلمة، لكن علماء نظرية الجسيمات تكهنوا منذ فترة طويلة بأنها يمكن أن تحتوي على جسيمات غير مستقرة يمكن أن تتحلل إلى فوتونات، وهي جسيمات الضوء. إن تضمين هذه المادة المظلمة في عمليات المحاكاة يوفر الإشعاع اللازم لبقاء الغاز في سحابة كبيرة أثناء انهياره في ثقب أسود.
يمكن أن يكون ناتج الاضمحلال هو إشعاع الفوتونات، التي تفكك الهيدروجين الجزيئي وتمنع سحب الهيدروجين من التبريد بسرعة كبيرة. حتى التحلل المعتدل جدًا للمادة المظلمة أنتج ما يكفي من الإشعاع لمنع التبريد وتشكيل سحب كبيرة، وفي النهاية ثقوب سوداء فائقة الكتلة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
