من الصعب شرح الثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBH). يُعتقد أن هذه التفردات الضخمة في مركز كل مجرة كبيرة (درب التبانة لديها واحدة) ولكن وجودها هناك أحيانًا يتحدى التفسير السهل. على حد علمنا ، تتشكل الثقوب السوداء عندما تنهار النجوم العملاقة. لكن هذا التفسير لا يناسب جميع الأدلة.
تقوم نظرية الانهيار النجمي بعمل جيد في تفسير معظم الثقوب السوداء. في هذه النظرية ، يبدأ نجم أكبر بخمس مرات على الأقل من شمسنا في نفاد الوقود بالقرب من نهاية حياته. بما أن الضغط الخارجي للانصهار النووي للنجم هو ما يدعمه ضد الجاذبية الداخلية من كتلته ، يجب أن يقدم شيء ما عندما ينفد الوقود.
يتعرض النجم لانفجار فرط نوفا ، ثم ينهار على نفسه. ما تبقى هو ثقب أسود. يعتقد علماء الفيزياء الفلكية أن SMBHs تبدأ بهذه الطريقة ، وتنمو إلى أحجامها الهائلة عن طريق "التغذية" بشكل أساسي على المواد الأخرى. تتضخم في الحجم ، وتجلس في وسط جاذبيتها نوعًا ما مثل تسمين العنكبوت في منتصف شبكتها.
المشكلة في هذا التفسير هو أن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً.
هناك في الكون ، لاحظ العلماء أن SMBHs قديمة. في شهر مارس من هذا العام ، أعلنت مجموعة من علماء الفلك عن اكتشاف 83 خلية من نوع SMBHs قديمة جدًا لدرجة أنها تحدت فهمنا. في عام 2017 اكتشف الفلكيون ثقبًا أسود 800 كتلة شمسية تم تشكيله بالكامل بعد 690 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. ظهرت إلى الوجود في الأيام الأولى من الكون ، قبل أن يكون هناك وقت للنمو إلى أشكالها الضخمة.
العديد من هذه SMBHs أكبر بمئات المرات من الشمس. إنهم في مثل هذه التحولات الحمراء العالية ، التي يجب أن تكون قد تشكلت في أول 800 مليون سنة بعد الانفجار العظيم. لكن هذا ليس وقتًا كافيًا لتفسير نموذج الانهيار النجمي. السؤال الذي يواجه علماء الفيزياء الفلكية هو ، كيف أصبحت تلك الثقوب السوداء كبيرة جدًا في وقت قصير جدًا؟
يعتقد زوجان من الباحثين في الجامعة الغربية في أونتاريو بكندا أنهم اكتشفوا ذلك. لديهم نظرية جديدة تسمى "الانهيار المباشر" تشرح هذه SMBHs القديمة بشكل لا يصدق.
ورقتهم بعنوان "الوظيفة الجماعية للثقوب السوداء الهائلة في سيناريو الانهيار المباشر" ونشرت في رسائل مجلة Astrophysical Journal. المؤلفان هما شانتانو باسو وأربان داس. باسو هو خبير معروف في المراحل المبكرة من تكوين النجوم وتطور القرص الكواكب الأولي. وهو أيضًا أستاذ علم الفلك في الجامعة الغربية. داس أيضا من قسم الفيزياء وعلم الفلك الغربي.
تقول نظرية الانهيار المباشر أن الثقوب السوداء القديمة فائقة الكتلة تشكلت بسرعة فائقة في فترات زمنية قصيرة جدًا. ثم فجأة توقفوا عن النمو. لقد طوروا نموذجًا رياضيًا جديدًا لشرح هذه الثقوب السوداء القديمة سريعة التشكيل. يقولون أن حد إدينجتون ، وهو التوازن بين قوة الإشعاع الخارجية للنجم وقوة الجاذبية الداخلية ، يلعب دورًا.
في هذه الثقوب السوداء المنهارة مباشرة ، ينظم حد إدينجتون نمو الكتلة ، ويقول الباحثون إن هذه الثقوب السوداء القديمة يمكن أن تتجاوز هذا الحد بمقدار صغير ، فيما يسمونه تراكم إيدنغتون الفائق. ثم ، بسبب الإشعاع الناتج عن النجوم الأخرى والثقوب السوداء ، توقف إنتاجها.
يشرح باسو في "إن الثقوب السوداء الهائلة كانت لها فترة زمنية قصيرة فقط حيث كانت قادرة على النمو بسرعة ثم في مرحلة ما ، بسبب كل الإشعاع في الكون الناتج عن الثقوب والنجوم السوداء الأخرى ، توقف إنتاجها". بيان صحفي. "هذا هو سيناريو الانهيار المباشر".
قال باسو: "هذا دليل ملاحظ غير مباشر على أن الثقوب السوداء تنشأ من الانهيارات المباشرة وليس من البقايا النجمية".
تقدم هذه النظرية الجديدة شرحًا فعالًا لما كان قضية شائكة في علم الفلك لبعض الوقت. يعتقد باسو أن هذه النتائج الجديدة يمكن استخدامها مع الملاحظات المستقبلية للاستدلال على تاريخ تكوين الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في وقت مبكر جدًا من عالمنا.
مصادر:
- بيان صحفي: الباحثون يسلطون الضوء على أصول الثقب الأسود
- ورقة بحثية: الوظيفة الجماعية للثقوب السوداء الهائلة في سيناريو الانهيار المباشر
- مجلة الفضاء: كبير جدا ، قريبا جدا. الثقب الأسود الوحش شوهد بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير
- جامعة برينستون: اكتشف علماء الفلك 83 ثقبًا أسود فائق الكتلة في أوائل الكون
- ويكيبيديا: Eddington Luminosity (Limit)
