تلسكوب جيمس ويب يكتشف أقرب زوج من الثقوب السوداء العملاقة في الكون المبكر... وثلاثية في مجرة أخرى

في إنجازين ثوريين، كشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) النقاب عن زوج من الثقوب السوداء العملاقة في الكون المبكر، بالإضافة إلى ثلاثية نادرة من هذه الأجسام في مجرة أخرى. تؤكد هذه الاكتشافات أن الكون الفتي كان مسرحًا لاندماجات واصطدامات متكررة بين المجرات، مما أدى إلى نمو سريع للثقوب السوداء بفضل البيئات الغنية بالغاز، حيث أظهر JWST قدرته الفائقة على رؤية ما لا تستطيع التلسكوبات الأخرى رؤيته.

أقرب زوج مؤكد: نظام LID-1166

يحمل النظام اسم LID-1166، وهو يحتضن ثقبين أسودين عملاقين يتغذيان بنشاط، ويفصل بينهما حوالي 4900 سنة ضوئية (1.5 كيلو فرسخ فلكي) . هذا يجعله أقرب نظام ثنائي نشط من الثقوب السوداء يتم تأكيده على الإطلاق في الكون المبكر . النظام يُرى كما كان عندما كان عمر الكون 1.3 مليار سنة فقط، أي حوالي 10% من عمره الحالي .

لماذا أخفقت التلسكوبات السابقة؟ تم رصد LID-1166 لأول مرة كمصدر للأشعة السينية في مسح شاندرا (Chandra COSMOS Legacy Survey)، لكنه ظل غير مرئي تمامًا في أعمق صور تلسكوب هابل الفضائي . السبب هو أن الثقوب السوداء مدفونة في غاز وغبار كثيفين يحجبان الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة .

أداة JWST الحاسمة: استخدم الفريق بقيادة هيوون سوه (Hyewon Suh) من مختبر NSF NOIRLab مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الموجود على JWST . كشف NIRSpec عن مصدرين مضغوطين ومتوهجين يفصل بينهما 4900 سنة ضوئية، وأظهر كل منهما توقيعات طيفية لغاز يدور بسرعات هائلة، وهي علامات لا لبس فيها على وجود ثقوب سوداء عملاقة تتغذى بنشاط (نوى مجرية نشطة، AGN) . قال المؤلف المشارك روبرتو ديكارلي (Roberto Decarli): "هذه الخطوة من الاكتشاف لم تكن ممكنة إلا بفضل قدرات التصوير والتحليل الطيفي الفائقة لتلسكوب جيمس ويب، وأداة NIRSpec بشكل خاص. إن عمليات رصد مماثلة من الأرض ستكون صعبة للغاية بسبب ضعف شفافية الغلاف الجوي عند هذه الأطوال الموجية" .

ماذا أضاف مرصد ALMA؟ رصد مرصد أتاكاما للموجات المليمترية/تحت المليمترية (ALMA) أحواضًا ضخمة من الغاز البارد مرتبطة بكل نواة مجرية نشطة . وأشار ديكارلي إلى أن هذا "يشير إلى أن النواتين النشطتين تقعان في مركز مجرتين على وشك الاندماج". ساعد وجود بيئة غازية باردة حول كل ثقب أسود في استبعاد سيناريوهات التكوين البديلة الغريبة، وتأكيد أنها اندماجات مجرية حقيقية غنية بالغاز . تم قبول الدراسة للنشر في مجلة Nature Astronomy (ما قبل الطباعة arXiv:2607.19491) .

سابقة منفصلة: ثلاثة ثقوب سوداء نشطة في مجرة واحدة

في دراسة متزامنة، قادتها هانا أوبلر (Hannah Übler) من معهد ماكس بلانك لفيزياء الفضاء الخارجي، تم تحديد ثلاثة ثقوب سوداء عملاقة تتراكم المادة بنشاط داخل مجرة واحدة تدعى J0148-4214 . تقع هذه المجرة على بعد أكثر من 12.5 مليار سنة ضوئية من الأرض (الانزياح الأحمر z=5.0167)، أي ما يعادل حوالي 1.2 مليار سنة بعد الانفجار العظيم .

تكوين الثلاثية: يقع اثنان من الثقوب السوداء بالقرب من بعضهما في مركز المجرة، ويفصل بينهما 620 سنة ضوئية فقط (في الإسقاط)، مما يشير إلى أنهما على وشك الاندماج. أما الثقب الأسود الثالث فيقع في المنطقة الخارجية للمجرة، على بعد حوالي 5,500 سنة ضوئية من المركز . تتراوح كتلها من بضعة ملايين إلى حوالي 80 مليون كتلة شمسية .

طريقة الكشف: استخدم الفريق أداة NIRSpec في وضع وحدة المجال المتكامل (NIRSpec-IFS) على متن JWST، وهي طريقة تحليل طيفي مكاني دقيق، لاكتشاف الثقوب السوداء من خلال بصماتها الطيفية. تم تحديد كل منها من خلال انبعاث هيدروجين ألفا العريض (FWHM 430–2,920 كم/ث) دون نظير في الخطوط المحظورة، وهي علامة واضحة على وجود غاز يدور حول ثقب أسود ضخم .

هذه هي أول مرة يتم فيها العثور على دليل على وجود ثلاثة ثقوب سوداء عملاقة نشطة في مجرة واحدة في الكون البعيد . قالت أوبلر: "هذا يشير إلى أن العمليات في الكون المبكر كانت فعالة في جمع الثقوب السوداء الضخمة معًا، مما مهد الطريق لاندماجات الثقوب السوداء الضخمة التي نتوقع اكتشافها باستخدام مراصد الموجات الثقالية المستقبلية" . نُشرت الدراسة في مجلة Astronomy & Astrophysics كجزء من مشروع BlackTHUNDER .

ماذا تعني هذه الاكتشافات

معًا، يقدم هذان النتيجتان نافذة جديدة على مرحلة حاسمة في التاريخ الكوني. فهما يظهران أن الثقوب السوداء العملاقة لم تكن موجودة فحسب، بل كانت تندمج وتنمو بنشاط في بيئات غنية بالغاز بعد أقل من 1.5 مليار سنة من الانفجار العظيم. كانت قدرة JWST على الرؤية عبر الغبار باستخدام الأشعة تحت الحمراء، التي لا تستطيع الأطوال الموجية الأقصر اختراقها، هي المفتاح لكشف هذه الأنظمة المخفية. وكما تشير دراسة LID-1166، كانت التلسكوبات السابقة مثل هابل عمياء أمام هذه الأجسام، المحجوبة بنفس الغاز والغبار الذي يغذيها .