أخيرًا ، قد يتم حل لغز قديم حول الثقوب السوداء فائقة الكتلة

على مدى السنوات القليلة الماضية ، حيث تمكنا من التعمق أكثر في الكون المبكر ، اكتشف علماء الفلك شيئًا مزعجًا للغاية.

يبلغ عمر الكون مليار سنة ، وتشكلت بالفعل ثقوب سوداء فائقة الكتلة تصل إلى مليار مرة كتلة الشمس. بناءً على ما نعرفه عن تكوين الثقب الأسود ونموه ، فإن شرح وجود هذه العملاقة وحجمها يمثل تحديًا كبيرًا. كيف وصلوا إلى هناك بعد الانفجار العظيم؟ وكيف تعرضوا لمثل هذا الخطر العظيم؟

الآن ، كشفت عمليات محاكاة الحواسيب العملاقة عن نظرة تشرح كيف تشكلت دون الحاجة إلى ظروف غريبة: خزانات نادرة من الغاز البارد المضطرب الذي انهار إلى نجوم أكبر من أي شيء في الكون اليوم. كان من الممكن أن تكون هذه بذورًا كبيرة نمت إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة.

“نجد اليوم ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في مراكز أكثر المجرات ضخامة ، والتي قد تكون كتلة الشمس بملايين أو بلايين المرات. ولكن في عام 2003 بدأنا في اكتشاف الكوازارات – وهي ثقوب سوداء شديدة السطوع وتتراكم بفعالية. منارات كونية في بدايات الكون – بعد مليار سنة من الانفجار العظيم. كانت أقل ، ” قال عالم الفلك دانيال والين من جامعة بورتسموث في إنجلترا.

“لم يفهم أحد كيف تشكلوا في وقت مبكر جدًا. هذا الاكتشاف مثير للغاية لأنه يقلب 20 عامًا من التفكير في أصل أول ثقوب سوداء فائقة الكتلة في الكون.”

هناك مدرستان فكريتان رئيسيتان حول كيفية تشكل الثقوب السوداء الهائلة. الأول هو النموذج التصاعدي. يموت نجم ضخم ، مخلفًا وراءه ثقبًا أسود تصل كتلته إلى 100 ضعف كتلة الشمس.

بمرور الوقت – الكثير والكثير من الوقت – يمتص الثقب الأسود مجموعة من المواد وينمو أكبر وأكبر ، بملايين إلى مليارات المرات من حجم الشمس. من الصعب التوفيق بين النجوم الزائفة في الكون المبكر.

الخيار الآخر هو إذا بدأت بـ “بذرة” ثقب أسود فائقة الكتلة ، تزيد كتلتها عن 100000 ضعف كتلة الشمس. النجوم التي انهارت لتشكل هذه الثقوب السوداء كانت ستعيش حقًا حياة كونية قصيرة جدًا ، ربما 250000 سنة ، قبل أن تنهار في الثقب الأسود.

هناك ليس هناك الكثير من النجوم اليوم، ولا نعرف آلية الجيل الحالي التي يمكن أن تولدها. لكن المحاكاة تُظهر أنه في بداية الكون ، عندما كانت الظروف مختلفة عن الظروف الحالية ، كان من الممكن نظريًا أن تتشكل مثل هذه النجوم عند تقاطعات نادرة ولكنها قوية من تيارات كثيفة ومضطربة وغاز بارد.

اعتقد علماء الكونيات أن الأمر سيستغرق بعض الظروف الغريبة حقًا ، مثل خلفيات الأشعة فوق البنفسجية القوية أو التدفقات الأسرع من الصوت بين الغاز والمادة المظلمة. لا تشبه أي من هذه الظروف الغريبة البيئات التي تم فيها اكتشاف هذه الكوازارات الكونية المبكرة.

https://www.youtube.com/watch؟v=9SyhN_TnXBc

بقيادة عالم الفيزياء الفلكية محمد لطيف من جامعة الإمارات العربية المتحدة ، أجرى الباحثون محاكاة لتيارات الغاز وكانوا سعداء عندما اكتشفوا أن الثقوب السوداء الهائلة تشكلت تلقائيًا عند تقاطعات هذه التيارات دون الحاجة إلى ظروف طبيعية. .

في المحاكاة ، منع الاضطراب الناجم عن التيارات المتقاطعة النجوم العادية التي نراها اليوم من التشكل. يحدث هذا عادةً عندما تنهار عقدة كثيفة من مادة في سحابة باردة تحت تأثير الجاذبية لتشكل نجمًا صغيرًا ، ولكن عندما يكون هناك الكثير من الاضطراب ، فإن الظروف ليست مستقرة بما يكفي لحدوث ذلك.

ومع ذلك ، في نهاية المطاف ، نمت السحابة في المحاكاة بشكل كبير لدرجة أنها انهارت بشكل كارثي إلى نجمين ضخمين ، كتلتهما 31000 و 40000 ضعف كتلة الشمس.

مع استمرار تدفق الغاز من التيارات إلى السحب ، سيتشكل ثقب أسود تبلغ كتلته مليارات المرات من كتلة الشمس وينمو على مدى بضع مئات من ملايين السنين.

“نتيجة لذلك ، عندما تشكلت النجوم الأولى للكون – السحب البدائية الوحيدة القادرة على إنتاج الكوازار بعد الفجر الكوني – شكلت بشكل ملائم بذورها الضخمة الخاصة. هذه النتيجة البسيطة والجميلة لا تفسر فقط أصل الكوازارات الأولى. سكانها – أعدادهم في وقت مبكر ، ” اختتم Whalen.

“الثقوب السوداء الهائلة الأولى كانت نتيجة طبيعية لعلم الكون للمادة المظلمة الباردة – البنية الوليدة للشبكة الكونية.”

نشرت في الأطروحة طبيعة سجية.