كيف نمت الثقوب السوداء في الكون المبكر بهذه السرعة؟ ثلاث فرضيات يسلّط عليها «جيمس ويب» الضوء

أظهر تلسكوب جيمس ويب الفضائي مصادر صغيرة وحمراء في الكون المبكر تُعرف باسم «النقاط الحمراء الصغيرة» (Little Red Dots أو LRDs). وقد يرتبط بعض هذه المصادر بثقوب سوداء ضخمة تلتهم المادة وتنمو بسرعة كبيرة. لكن وفرتها ومعدلات النمو المستنتجة لها يصعب تفسيرها بالسيناريو الأبسط: أن يبدأ كل ثقب أسود كبقايا نجم عادي ثم ينمو بوتيرة ثابتة.

لا توجد إجابة محسومة حتى الآن، لكن ثلاث مسارات بحثية حديثة ترسم صورة أوسع: ربما بدأت بعض الثقوب السوداء ببذور أكبر، وربما زادت كتلتها عبر التفاعلات والاندماجات، وربما ظل بعضها مخفيًا داخل غاز كثيف بدل أن يظهر كنوى مجرية نشطة أو كوازارات مألوفة. وهذه فرضيات متكاملة وليست حلًا واحدًا نهائيًا.

1. هالات المادة المظلمة المبكرة قد تصنع بذورًا أثقل

تقع فكرة الثقوب السوداء «ليست البدائية تمامًا» بين فكرتين معروفتين. فهي لا تفترض تقلبات كثافة شديدة بما يكفي لتكوين ثقوب سوداء بدائية مباشرة بعد التضخم الكوني. بدلًا من ذلك، يمكن لتقلبات معززة ولكن أقل شدة أن تؤدي إلى انهيار هالات من المادة المظلمة في وقت مبكر للغاية. 33

وبالنسبة إلى الهالات التي تشكّلت قبل انزياح نحو الأحمر يقارب 200، كان إشعاع الخلفية الكونية الميكروية قادرًا على كبح تشكّل الهيدروجين الجزيئي. ومن دون هذا المسار المهم لتبريد الغاز، قد لا يتفتت الغاز الساقط إلى نجوم كما يحدث عادة، بل قد ينهار مباشرة ليشكّل ثقبًا أسود. 33

جاذبية الفكرة واضحة: إذا بدأت بعض الثقوب السوداء قبل تشكّل النجوم الاعتيادي في هالاتها المضيفة، فقد تنطلق في وقت أسبق وبكتلة أولية أكبر من بذور الثقوب السوداء الناتجة من موت النجوم. وهذا لا يلغي الحاجة إلى نمو لاحق سريع، لكنه يقلل من شدته المطلوبة.

مع ذلك، يبقى هذا المسار آلية نظرية. وتعلّق أهميته في تفسير النقاط الحمراء الصغيرة على مدى ندرة هذه الظروف المبكرة، وعلى ما إذا كانت نتائجها المتوقعة تتوافق مع ما يراه «جيمس ويب».

2. الأزواج القريبة من النقاط الحمراء الصغيرة قد تكشف مسار الاندماج

في دراسة مستقلة لتحليل صور «جيمس ويب»، عثر الباحثون على أربعة أزواج مرشحة من النقاط الحمراء الصغيرة، حيث يقع مصدران قريبان جدًا من بعضهما في كون يعود إلى ما قبل نحو 12.5 إلى 12.8 مليار سنة. وأظهرت البيانات الطيفية لاثنين من هذه الأزواج انزياحات حمراء متطابقة تقريبًا لأعضائها، ما يدعم كونهما متقاربين فعليًا في الفضاء لا مجرد اصطفاف ظاهري على خط النظر. 15

إذا كانت النقاط الحمراء الصغيرة تتعقب ثقوبًا سوداء تنمو بنشاط، فقد تكون اللقاءات القريبة بين المجرات مهمة بطريقتين:

• تدفق الغاز إلى المركز: يمكن للتفاعلات الجاذبية أن تدفع الغاز نحو مراكز المجرات، فتوفّر وقودًا لتراكم المادة على الثقب الأسود.
• اندماج لاحق: عند اندماج المجرات المضيفة، قد تكوّن ثقوبها السوداء المركزية أنظمة ثنائية ثم تندمج في نهاية المطاف، فتضيف كتلة مباشرة.

هذه قراءة واعدة، لكنها ليست رصدًا مباشرًا لاندماج ثقوب سوداء. فما شوهد هو أزواج مرشحة من النقاط الحمراء الصغيرة؛ وتحديد ما إذا كان كلا العضوين يحتويان فعلًا على ثقب أسود ضخم يتغذى، وما إذا كانا سيلتحمان، يتطلب أطيافًا إضافية وقيودًا ديناميكية، وفي النهاية أدلة من موجات الجاذبية. لذا يُفهم الرصد الحالي على أفضل وجه بوصفه إشارة إلى أن البيئات المتقاربة ربما أدت دورًا مهمًا في مرحلة النمو المبكر هذه. 15

3. «نجم الثقب الأسود»: نمو سريع مخفي داخل الغاز

يوفّر الجسم MoM-BH-1* نوعًا مختلفًا من الأدلة: ليس على كيفية بدء الثقب الأسود أو التحامه بثقب آخر، بل على كيفية نموه مع ظهوره بصورة لا تشبه نواة مجرية نشطة تقليدية.

التفسير المقترح هو ثقب أسود يتراكم عليه الغاز، محاط بغلاف كثيف من الهيدروجين. يُرى MoM-BH*-1 عند انزياح نحو الأحمر مقداره 7.7569، أي حين كان عمر الكون نحو 660 مليون سنة. ويمتد الغلاف الذي تصفه النماذج لمسافة تقارب 10 إلى 100 وحدة فلكية، وهو مقياس يشبه حجم النظام الشمسي. 2326

في هذا التصور، تمتص الغازات المحيطة الطاقة المنبعثة من المادة وهي تسقط نحو الثقب الأسود، ثم تشتتها وتعيد إشعاعها. لذلك قد يبدو الطيف الناتج شبيهًا بطيف نجم، رغم أن مصدر الطاقة الحقيقي هو تراكم المادة على الثقب الأسود. ويربط النموذج الجسم بثقب أسود مركزي كتلته نحو 100 ألف كتلة شمسية، ولمعان يعادل تقريبًا 80 إلى 100 مليار مرة لمعان الشمس. 2426

وتكمن صلة ذلك بالنقاط الحمراء الصغيرة في أن الغاز الكثيف يستطيع، في الوقت نفسه، تغذية الثقب الأسود وإعادة تشكيل الضوء الذي يرصده الفلكيون. ومن ثم قد تبدو مجموعة من الثقوب السوداء التي يحجبها الغاز صغيرة وحمراء، بينما تمر بنمو مكثف. لكن MoM-BH*-1 جسم استثنائي وتفسيره قائم على النمذجة؛ ولا يثبت أن جميع النقاط الحمراء الصغيرة هي «نجوم ثقوب سوداء».

تفسير متعدد المراحل، لا حلّ واحد

عند جمع هذه الأفكار، يظهر تسلسل محتمل للنمو:

1. بداية مبكرة وبذور ثقيلة: قد يتيح الانهيار المباشر في هالات مبكرة على نحو استثنائي تكوين بذور قبل تشكّل النجوم الاعتيادي.
2. تغذية فعّالة خلف ستار غازي: قد تخفي الأغلفة الغازية الكثيفة تراكمًا شديدًا ومضيئًا للمادة.
3. نمو عبر التجميع: قد تضيف تفاعلات المجرات واندماجات الثقوب السوداء كتلة، وتحفز تدفقات جديدة من الغاز.

ويبقى السؤال الحاسم هو مدى انطباق هذه السيناريوهات على مجمل السكان المرصودين. فالنقاط الحمراء الصغيرة ليست بالضرورة فئة موحدة، والأدلة المتاحة تتراوح بين آلية نظرية وأزواج مرشحة وتفسير لجسم منفرد غير عادي. ومع ذلك، تدفع هذه الصورة المركبة بالنقاش بعيدًا عن مسار نمو وحيد يبدو غير محتمل: فقد امتلكت الثقوب السوداء الضخمة الأولى أكثر من طريق للتكوّن والتغذي والاندماج في فجر الكون.