تلسكوب جيمس ويب يكتشف أقرب ثنائي من الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر

في اكتشاف يغير فهمنا لنمو الثقوب السوداء الهائلة في بدايات الكون، كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) عن أقرب زوج مؤكد من الثقوب السوداء النشطة التي تبتلع المادة في الكون المبكر .

نظام LID-1166: أقرب ثنائي مؤكد

النظام الذي يحمل اسم LID-1166 هو أقدم وأقرب زوج من الثقوب السوداء النشطة تم تأكيده على الإطلاق في هذه المرحلة المبكرة من التاريخ الكوني. تبلغ المسافة بين الثقبين الأسودين 4900 سنة ضوئية فقط (1.5 كيلو فرسخ فلكي)، مما يجعلهما أقرب زوج من نوعه في ذلك العصر .

يُرى هذا النظام عندما كان عمر الكون 1.3 مليار سنة فقط، أي حوالي 10% من عمره الحالي البالغ 13.8 مليار سنة .

لماذا فشلت التلسكوبات السابقة في رصده؟

على الرغم من أن النظام LID-1166 تم رصده لأول مرة كمصدر للأشعة السينية في مسح شاندرا (Chandra COSMOS Legacy Survey)، إلا أنه ظل غير مرئي تماماً حتى في أعمق صور تلسكوب هابل الفضائي . السبب هو أن هذه الثقوب السوداء مدفونة في غاز وغبار كثيفين يحجبان الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة.

دور جيمس ويب في الاكتشاف

قادت العالمة هايوون سوه (Hyewon Suh) من مختبر NSF NOIRLab فريق البحث الذي استخدم مطياف NIRSpec على متن تلسكوب جيمس ويب. كشف المطياف عن مصدرين مدمجين ومتلألئين يفصل بينهما 4900 سنة ضوئية، وأظهر كل منهما توقيعات طيفية للغازات التي تدور بسرعات عالية - وهي علامة لا لبس فيها على وجود ثقوب سوداء هائلة تتغذى بنشاط .

يقول الباحث المشارك روبرتو ديكارلي: "لم تكن هذه الخطوة من الاكتشاف ممكنة إلا بفضل قدرات التصوير والتحليل الطيفي الفائقة لتلسكوب جيمس ويب، وخصوصاً مطياف NIRSpec. الملاحظات المماثلة من الأرض كانت ستكون صعبة للغاية بسبب ضعف شفافية الغلاف الجوي في هذه الأطوال الموجية."

اكتشافات مرصد ALMA

كشفت بيانات مرصد أتاكاما الكبير للمليمترات (ALMA) عن وجود pools ضخمة من الغاز البارد مرتبطة بكل ثقب أسود. وأشار ديكارلي إلى أن هذا "يدل على أن كلا الثقبين الأسودين يقعان في مركز مجرتين على وشك الاندماج." ساعد وجود بيئة مجرية غازية باردة حول كل ثقب أسود في استبعاد سيناريوهات التكوين البديلة، وأكد أن هذا اندماج حقيقي لمجرتين غنيتين بالغاز.

نُشرت الدراسة في مجلة Nature Astronomy (مقبولة للنشر؛ preprint على arXiv:2607.19491).

اكتشاف مذهل آخر: ثلاثة ثقوب سوداء في مجرة واحدة

في دراسة منفصلة ونشرت في نفس الوقت تقريباً، قادت هانا أوبلر (Hannah Übler) من معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض فريقاً حدد ثلاثة ثقوب سوداء هائلة تتراكم المادة بنشاط داخل مجرة واحدة هي J0148-4214 .

تفاصيل المجرة J0148-4214

• المسافة والعمر: تبعد المجرة أكثر من 12.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض (الانزياح الأحمر z=5.0167)، وهو ما يقابل حوالي 1.2 مليار سنة بعد الانفجار العظيم .
• توزيع الثقوب السوداء: يقع ثقبان أسودان بالقرب من بعضهما في مركز المجرة، يفصل بينهما فقط 620 سنة ضوئية (بالإسقاط)، مما يشير إلى أنهما على وشك الاندماج. أما الثقب الأسود الثالث فيقع في المنطقة الخارجية للمجرة، على بعد حوالي 5500 سنة ضوئية من المركز .
• طريقة الاكتشاف: استخدم الفريق مطياف NIRSpec في وضع الوحدة الميدانية المتكاملة (NIRSpec-IFS) لاكتشاف الثقوب السوداء من خلال بصماتها الطيفية .

هذه هي أول مرة يتم فيها العثور على دليل على وجود ثلاثة ثقوب سوداء هائلة نشطة في مجرة واحدة في الكون البعيد . تقول أوبلر: "هذا يشير إلى أن العمليات في الكون المبكر كانت فعالة في جمع الثقوب السوداء الهائلة معاً، مما مهد الطريق لاندماجات الثقوب السوداء الهائلة التي نتوقع اكتشافها مع مراصد موجات الجاذبية المستقبلية."

نشرت الدراسة في مجلة Astronomy & Astrophysics (مشروع BlackTHUNDER) .

أهمية الاكتشافات معاً

ترسم هاتان النتيجتان صورة لكون شاب نمت فيه الثقوب السوداء الهائلة بسرعة من خلال الاندماجات المتكررة والتفاعلات الغنية بالغاز. وتظهر كيف أن حساسية تلسكوب جيمس ويب للأشعة تحت الحمراء تكشف الآن عن أزواج وثلاثيات من الثقوب السوداء كانت مخفية تماماً عن التلسكوبات السابقة.