الثقب الأسود الموجود في مجرة النقطة الحمراء الصغيرة (LRD) Abell 2744-QSO1، والذي رصده تلسكوب جيمس ويب الفضائي في بدايات الكون (بعد حوالي 700 مليون سنة من الانفجار العظيم)، هو ثقب أسود فائق الكتلة نما إلى حجمه الحالي دون وجود مجرة أكبر بكثير لتغذيته. وفقًا للنموذج القياسي لتطور النجوم، تتشكل الثقوب السوداء من موت النجوم الأكبر حجمًا في نهاية دورة حياتها عندما ينفد وقودها نتيجة انهيار نواتها. تنمو هذه الثقوب السوداء في الحجم بالتغذي على المادة من مجرة أكبر بكثير. لا يتوافق الثقب الأسود في مجرة النقطة الحمراء الصغيرة QSO1 مع هذا الإطار، وهو ظاهرة فريدة من نوعها. فقد تشكل مباشرةً دون المرور بالتطور النجمي المعتاد، أي أنه ليس من بقايا نجمية. بدلاً من ذلك، يُرجح أن يكون ثقبًا أسود ناتجًا عن انهيار لبّ نجم كبير يحتضر. بدلاً من ذلك، يُرجح أن يكون إما ثقبًا أسود ناتجًا عن انهيار مباشر (DCBH) أو ثقبًا أسود بدائيًا (PBH). وقد طُرحت نظريات سابقة حول الثقوب السوداء التي لم تتشكل من انهيار النجوم. وهذا دليل على أن الثقب الأسود يتشكل من خلال عملية تتجاوز العمليات التقليدية. تطور النجوم.
كيف يتشكل الثقب الأسود؟ وفقًا للنموذج القياسي لتطور النجوم، تُعد الثقوب السوداء نتاجًا نهائيًا لتطور النجوم الضخمة. وتخضع النجوم لتغيرات مع مرور الوقت.
تبدأ حياة النجم في سحبٍ ضخمة من الغاز والغبار بين النجوم في المجرة، حيث تتكتل الغازات نتيجةً لتجمعاتٍ تتراوح كثافتها من درجات حرارة منخفضة إلى عالية. تتجمع هذه التكتلات تدريجيًا لتزيد من كمية المادة وتنمو. عند نقطة معينة، تنهار هذه التكتلات بفعل ازدياد قوة الجاذبية الداخلية. يؤدي الاحتكاك أثناء الانهيار إلى تسخين المادة، فيولد نجمٌ وليد. هذه هي مرحلة النجم الأولي في دورة حياة النجم. يستمر الانهيار بفعل الجاذبية، مما يؤدي إلى ارتفاع تدريجي في درجة الحرارة والضغط في لب النجم الأولي. مع مرور الوقت، ترتفع درجة الحرارة والضغط إلى مستوى يسمح باندماج نوى الهيدروجين. يُطلق الاندماج النووي كمية هائلة من الطاقة التي تُسخن المادة بدرجة كافية لمنع المزيد من الانهيار تحت تأثير الجاذبية. هذه هي مرحلة التسلسل الرئيسي للنجم. الهيدروجين هو الوقود الرئيسي.
عندما ينفد الوقود، يتوقف الاندماج النووي، ولا توجد طاقة لتسخين المواد لموازنة قوة الجاذبية الداخلية، فينهار اللب، تاركًا وراءه بقايا مضغوطة. هذه هي نهاية النجم. النجم الميت أو البقايا المضغوطة إما قزم أبيض، أو نجم نيوتروني، أو الثقب الأسود يعتمد ذلك على كتلة النجم الأصلي. تتحول النجوم التي تزيد كتلتها عن 20 ضعف كتلة الشمس (>20 M⦿) إلى ثقوب سوداء في نهاية تطورها النجمي عندما ينفد وقودها. هذه هي الطريقة المعتادة - تتشكل النجوم والمجرات أولًا، ثم تتشكل الثقوب السوداء لاحقًا كمرحلة نهائية من التطور النجمي. كتلة هذه الثقوب السوداء أصغر بكثير من الكتلة الإجمالية للمجرة.
تكوين الثقوب السوداء غير النجمية
هل يمكن أن تتشكل الثقوب السوداء بطرق أخرى غير انهيار النواة النجمية؟ تم وضع نظريتين لتكوينها "غير النجمي".
في بدايات الكون، قد تنهار سحابة غازية بدائية ضخمة مباشرةً لتتحول إلى ثقب أسود، متجاوزةً بذلك عملية تكوين النجوم وتطورها الطبيعية، مما يُنتج ما يُعرف بالثقوب السوداء الناتجة عن الانهيار المباشر. أما الثقوب السوداء الأخرى المفترضة التي تشكلت مباشرةً دون تدخل التطور النجمي المعتاد فهي الثقوب السوداء البدائية. تُعد الثقوب السوداء البدائية من بقايا الانفجار العظيم، وقد تشكلت في ظل التقلبات الشديدة في كثافة الكون في بداياته بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة.
إن الثقوب السوداء التي تتشكل عبر قنوات "غير نجمية" لا تزال مجرد نظريات، وبالتالي فهي افتراضية. لكن الأمور بدأت تتغير بسرعة مع إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي في ديسمبر 2021، وهو مرصد فضائي يعمل بالأشعة تحت الحمراء مخصص لدراسة الكون المبكر.
تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) يُحدث ثورة في دراسة الكون المبكر
رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي العديد من الملاحظات التي تُشكك في فهمنا للكون المبكر. من بينها رصد مجرة JADES-GS-z14-0 عند انزياح أحمر قدره 14.32، ما يجعلها أبعد مجرة معروفة. تشكلت هذه المجرة في الكون المبكر بعد حوالي 290 مليون سنة من الانفجار العظيم، ومع ذلك فهي مجرة ضخمة وكبيرة وشديدة اللمعان. كما وُجد أنها غنية بالمعادن، ما يعني أن أجيالًا من النجوم الضخمة كانت قد أكملت دورة حياتها، من الولادة إلى انفجار المستعر الأعظم، في غضون 290 مليون سنة تقريبًا في الكون المبكر. وبالمثل، وُجد أن مجرة GS-NDG-9422، التي يعود تاريخها إلى حوالي مليار سنة بعد الانفجار العظيم، معقدة كيميائيًا وخالية من نجوم الجيل الثالث. ووفقًا للفهم الحالي، يُفترض أن يكون الجيل الأول من نجوم الكون المبكر من نجوم الجيل الثالث ذات محتوى معدني معدوم. (في علم الفلك، يُعتبر أي عنصر أثقل من الهيليوم معدنًا. أما اللافلزات الكيميائية مثل الأكسجين والنيتروجين وما إلى ذلك فهي معادن في السياق الكوني. وتكتسب النجوم ثراءً بالمعادن في كل جيل بعد حدث المستعر الأعظم).
رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أيضًا ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في بدايات الكون. أحد هذه الثقوب السوداء يعود تاريخه إلى حوالي 700 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، وتبلغ كتلته بضعة ملايين من كتلة الشمس. بدأ كل شيء عندما رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي النقاط الحمراء الصغيرة (LRDs) التي رُصدت في أول إصدار لبياناته عام 2022. تميزت هذه الأجسام الحمراء المدمجة بأطياف على شكل حرف V، وأظهرت انبعاثات من غاز الهيدروجين عالي السرعة.
النقطة الحمراء الصغيرة QSO1 (أو Abell2744-QSO1)
يُعدّ الكوازار QSO1 (أو Abell2744-QSO1) نموذجًا أوليًا لنقطة حمراء صغيرة، يبلغ قطره حوالي 1,300 سنة ضوئية، ويقع على بُعد يزيد عن 13 مليار سنة ضوئية. وُجد هذا الكوازار في بدايات الكون، بعد 700 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. وقد تعرّض لتأثير عدسة الجاذبية من عنقود المجرات Abell 2744 (عنقود باندورا)، مما جعله مُكبّرًا ومُصوّرًا ثلاث مرات، فيظهر في ثلاثة مواقع مختلفة في السماء. ونتيجةً لذلك، يُعدّ QSO1 أسهل دراسةً من معظم النقاط الحمراء الصغيرة الأخرى.
أدت دراسة تفصيلية لهذه النقطة الحمراء الصغيرة (LRD) إلى استنتاج الباحثين بأن بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة كانت هائلة منذ البداية. لقد تشكلت دون مرحلة انهيار نجمي ودون مجرة مضيفة أكبر بكثير لتغذيتها.
QSO تعني جسم شبه نجمي (يشار إليه عادةً باسم الكوازار).
كشفت الدراسات الأولية أن الكوازار QSO1 ليس مجرد سحابة من غاز الهيدروجين والهيليوم المتوهج تدور حول ثقب أسود فائق الكتلة تبلغ كتلته حوالي 40 مليون ضعف كتلة الشمس. مع ذلك، كان هناك شك حول ما إذا كانت كتلته فعلاً بهذه الضخامة. ويعود ذلك إلى أن جميع قياسات كتلة الثقوب السوداء في الكون المبكر، حتى الآن، كانت غير مباشرة، وتستند إلى افتراضات مستمدة مما نعرفه عنها في الكون المحلي. لم نكن نعلم ما إذا كانت هذه الافتراضات تنطبق فعلاً على الكون المبكر.
أدرك الباحثون أنه إذا كان الثقب الأسود في الكوازار الأول (QSO1) ضخمًا إلى هذا الحد، فسيكون بإمكانهم استخدام وحدة المجال المتكامل (IFU) على تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لتتبع تأثير جاذبيته على الغاز المحيط به، بالإضافة إلى رسم خريطة لتوزيع العناصر المختلفة في هذا الغاز. ولذلك، استخدموا بيانات وحدة المجال المتكامل (IFU) لرسم خرائط حركة غاز الهيدروجين المحيط بالثقب الأسود.
أظهر رسم بياني لسرعة الدوران كدالة للمسافة من المركز أن الغاز يتحرك حركة كبلرية، مما يعني أن معظم كتلة الكواصور الصغير ذي النقطة الحمراء تتركز في الثقب الأسود في المركز. لو كانت الكتلة موزعة، لما دار الغاز حول نقطة مركزية بالطريقة الكبلرية المثالية التي تدور بها الكواكب حول الشمس في النظام الشمسي.
بما أن الحركة الكبلرية تخضع لقوانين الجاذبية، فقد مكّنت قياسات سرعة الغاز الباحثين من حساب كتلة الثقب الأسود مباشرةً. وكان هذا أول قياس مباشر لكتلة ثقب أسود في الكون المبكر. ووجد أن كتلة الثقب الأسود في الكوازار QSO1 تبلغ حوالي 50 مليون كتلة شمسية، كما أنها تُشكّل ثلثي كتلة الكوازار. وهذا أمر نادر الحدوث، لأن الثقوب السوداء فائقة الكتلة في المجرات القريبة لا تُمثّل عادةً سوى جزء صغير من كتلة المجرة المضيفة.
علاوة على ذلك، أظهر تحليل خرائط التركيب الكيميائي باستخدام تقنية IFU أن الغاز في جميع أنحاء الكوازار QSO1 يتكون بالكامل تقريبًا من الهيدروجين والهيليوم. من المفترض أن تحتوي المجرة الغنية بالنجوم والحطام النجمي على عناصر أثقل مثل الأكسجين، لكن الكوازار QSO1 يتميز بانخفاض نسبة المعادن فيه بشكل كبير، حيث تقل عن 0.5% من نسبة المعادن في الشمس، مما يشير إلى أن بيئة الكوازار QSO1 المجرية نقية للغاية.
تشير الكتلة الهائلة لـ QSO1 مقارنةً بمجرته المضيفة إلى أنه لم يتشكل من اندماج تدريجي وتغذية ثقوب سوداء أصغر حجمًا ذات كتل نجمية. على ما يبدو، فإن الثقب الأسود لـ QSO1، المعروف باسم "النقطة الحمراء الصغيرة"، يسبق عملية التطور النجمي. ربما يكون قد تطور من بذرة ضخمة تشكلت خلال الثانية الأولى من الانفجار العظيم (ثقب أسود بدائي)، أو لاحقًا من انهيار سحابة غازية عملاقة (ثقب أسود ناتج عن الانهيار المباشر)، وقد يكون في المراحل الأولى من تكوين مجرة حوله. لا يمكن في الوقت الحالي تحديد ما إذا كان الثقب الأسود فائق الكتلة لـ QSO1 ثقبًا أسود بدائيًا (PBH) أو ثقبًا أسود ناتجًا عن الانهيار المباشر (DCBH)؛ ومع ذلك، توجد أدلة على تشكل الثقوب السوداء في الكون المبكر من مصادر غير نجمية.
***
المراجع:
- مايولينو ر.، وآخرون 2026. ثقب أسود في مجرة شبه نقية بعد 700 مليون سنة من الانفجار العظيم. الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، المجلد 548، العدد 1، مايو 2026، staf2109. نُشر في 06 أبريل 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
- جودزباليس، آي.، ماركونسيني، سي.، ديوجينيو، إف. وآخرون. قياس مباشر لكتلة ثقب أسود في نقطة حمراء صغيرة عند انزياح أحمر عالٍ. مجلة نيتشر 653، 1017-1021 (2026). نُشر في 27 مايو 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
- كشف تلسكوب جيمس ويب التابع لناسا عن ثقب أسود تشكّل قبل مجرّته. نُشر بتاريخ ٢٧ مايو ٢٠٢٦. متاح على https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/
***
مقالات ذات صلة
تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST): أول مرصد فضائي مخصص لدراسة الكون المبكر (6 November 2021)
دراسة الكون المبكر: تجربة REACH لاكتشاف خط بعيد المنال يبلغ طوله 21 سم من الهيدروجين الكوني(شنومكس أغسطس شنومكس)
الأقزام البنية (BDs): يحدد تلسكوب جيمس ويب أصغر جسم يتكون بطريقة تشبه النجوم (شنومكس يناير شنومكس)
أقدم ثقب أسود من الكون المبكر يتحدى نموذج تكوين الثقب الأسود (شنومكس يناير شنومكس)
الكون المبكر: المجرة الأبعد "JADES-GS-z14-0" تتحدى نماذج تكوين المجرات (شنومكس أغسطس شنومكس)
مفارقة النجوم الغنية بالمعادن في الكون المبكر (27 September 2024)
***
 Abell 2744-QS01 observed by JWST in the early universe (about 700 Myr after the Big Bang) is supermassive that has grown to its current size without a much larger galaxy to feed them. According to the Standard Model of Cosmology, black holes form from death of bigger stars at the end of their life course when they run out of fuels as a result of stellar core collapse. These black holes grow in size feeding upon matter from much larger galaxy. The black hole of Little Red Dot QSO1 is does not fit this frame and is novel. It is formed directly without standard stellar evolution, i.e., it is not a remanent of core collapse of a big dying star. Instead, it is either a direct collapse black hole (DCBH) or a primordial black hole (PBH). Black holes not formed from stellar collapse were theorised earlier, but this is first confirmation of a black hole that is formed through a process beyond the standard model of cosmology.){kind=link}