Language
Country/Area
No result found
العلاقة بين الثقوب السوداء والانفجار الكبير: لماذا يمكن لانهيار الثقب الأسود أن يغير فهمنا للكون؟
في الأيام الأولى للكون، ربما كان الانهيار المباشر للثقوب السوداء (DCBHs) هو الأصل الرئيسي للثقوب السوداء فائقة الكتلة. تتشكل بذور الثقب الأسود عالية الجودة هذه من خلال الانهيار المباشر لكمية كبيرة من المادة، ويُعتقد أنها تشكلت في نطاق الانزياح الأحمر z = 15 إلى 30، عندما كان عمر الكون حوالي 100 إلى 250 مليون سنة. على عكس بذور الثقب الأسود التي تتشكل من نجوم الجيل الأول، ما يسمى بنجوم الجيل الثالث، تتشكل هذه الثقوب السوداء المنهارة من خلال عدم استقرار النسبية العامة المباشرة. يمكن أن تصل كتلتها النموذجية إلى حوالي 105 كتلة شمسية. تم اقتراح هذه الفئة من بذور الثقب الأسود لأول مرة نظريًا لحل التحدي المتمثل في الثقوب السوداء فائقة الكتلة الموجودة بالفعل عند الانزياح نحو الأحمر z~7، وهو ما تم تأكيده من خلال العديد من الملاحظات.
تتشكل الثقوب السوداء المنهارة من خلال مزيج فريد من الظروف الفيزيائية البيئية التي يصعب تلبيتها في وقت واحد.
آلية التشكيل
يتضمن تكوين الثقب الأسود المنهار العديد من الظروف البيئية الرئيسية التي تعزز الانهيار المباشر للغاز بدلاً من تكوين عنقود نجمي. أولاً، يجب أن تكون الغازات خالية من المعادن (أي تحتوي فقط على الهيدروجين والهيليوم)، وثانيًا، أن يكون لها تأثير تبريد ذري، وأخيرًا يجب أن يكون لديها تيار فوتون ليمان-ويرت قوي بما يكفي لتدمير جزيئات الهيدروجين، وهي مبرد غاز فعال للغاية. إذا لم يكن من الممكن تعطيل عملية تبريد هذه الغازات، فسوف تخضع سحابة الغاز لانهيار الجاذبية وتصل إلى كثافة كتلة عالية للغاية تبلغ حوالي 107 جم / سم مكعب. في مثل هذه الكثافات، ستواجه الأجسام عدم استقرار نسبي عام، مما يؤدي إلى تكوين ثقوب سوداء بكتل تصل عادةً إلى 105 كتلة شمسية أو حتى مليون كتلة شمسية.
تنهار هذه الأجسام مباشرة من سحابة الغاز الأصلية، بدلا من المرور عبر مرحلة نجمية متوسطة، ولذلك تسمى بالثقوب السوداء المنهارة.
تشير محاكاة حاسوبية حديثة إلى أن التركيزات النادرة من التدفقات القوية والباردة المتراكمة يمكن أن تشكل بذور الثقب الأسود دون الحاجة إلى خلفية فوق بنفسجية أو تدفق أسرع من الصوت أو حتى تبريد ذري. في هذه المحاكاة، لم تتغلب الجاذبية أخيرًا على الاضطراب حتى زادت كتلة الباريون إلى 40 مليون كتلة شمسية، ثم انهارت ببساطة لتشكل نجمين فائقي الكتلة، اللذين تحولا في النهاية إلى ثقوب سوداء منهار كتلتها 31000 و40000 M☉.
عدد الثقوب السوداء المنهارة
على الرغم من أن الثقوب السوداء المنهارة لها قيمة نظرية مهمة، إلا أن العلماء عمومًا يعتقدون أنها نادرة نسبيًا في الكون ذي الانزياح الأحمر العالي لأنه من الصعب جدًا تلبية الشروط الأساسية الثلاثة المطلوبة لنشوءها في نفس الوقت. تتنبأ عمليات المحاكاة الكونية الحالية أنه عند الانزياح الأحمر 15 سيكون هناك في المتوسط ثقب أسود واحد ينهار في كل جيجا ثانية مكعبة. اعتمادًا على الافتراضات، من المتوقع أن يصل عدد الثقوب السوداء المنهارة إلى 107 جيجا ثانية في الثانية المكعبة، لكن هذا سيتطلب تدفقات فوتون عالية للغاية من ليمان-ويرت.
يؤدي هذا أيضًا إلى زيادة التوقعات لعمليات الرصد المستقبلية، خاصة تلك التي يتم إجراؤها باستخدام تلسكوب تشانغ شيانوانغ الفضائي، والذي سيكون أمرًا أساسيًا.
الكشف والاكتشاف
في عام 2016، استخدم فريق بقيادة فابيو باكوتشي، عالم الفيزياء الفلكية في جامعة هارفارد، بيانات من تلسكوب هابل الفضائي ومرصد تشاندرا للأشعة السينية لتحديد نجمين مرشحين للثقوب السوداء، وهما نجم الانزياح نحو الأحمر z وقيم هذين المرشحين أكبر من 6، وتتناسب مع الخصائص الطيفية لهذا النوع من الأجرام السماوية. تتنبأ هذه المصادر بوجود فائض كبير في الأشعة تحت الحمراء بالمقارنة مع المصادر الأخرى ذات الانزياحات الحمراء العالية. وستكون الملاحظات المستقبلية أساسية لتحديد خصائص هذه الثقوب السوداء المرشحة.
الاختلافات عن الثقوب السوداء الأخرى
تجدر الإشارة إلى أن الثقوب السوداء البدائية تتشكل بسبب الانخفاض المفاجئ المباشر في الطاقة أو المادة المتأينة أو كليهما، بينما تتشكل الثقوب السوداء المنهارة نتيجة الانهيار المباشر لسحب الغاز الكثيفة والكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، لا يتم تصنيف الثقوب السوداء التي تشكلها مجموعة النجوم III على أنها ثقوب سوداء ذات انهيار "مباشر".
إن وجود الثقوب السوداء المنهارة لا يفسر فقط تشكل الثقوب السوداء في الأيام الأولى للكون، ولكنه يشكك أيضًا في فهمنا لتطور الكون.
لا شك أن اكتشاف الثقوب السوداء المنهارة يوفر منظورًا جديدًا لدراسة بنية المجرات وتكوين الثقوب السوداء في الكون المبكر، مما سيؤدي إلى مزيد من التفكير المتعمق: ما هي الأشياء غير المستكشفة المخفية في الكون أثناء تكوين الكون؟ انهيار الثقوب السوداء ماذا عن حل اللغز؟
