كيف تتشكل الثقوب السوداء في الكون؟

(دان تري) - الثقوب السوداء أجسام عملاقة، كتلتها أكبر بملايين إلى مليارات المرات من شمسنا. وهي تُولّد قوى جاذبية هائلة، حتى الضوء لا يستطيع الإفلات منها.

محاكاة لثقب أسود فائق الكتلة (صورة توضيحية: Adobe).

في مركز معظم المجرات، يكمن عملاق كوني: ثقب أسود فائق الكتلة. هذه الأجرام الغامضة، بكتل تفوق كتلة شمسنا بملايين إلى مليارات المرات، تمارس جاذبية هائلة لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الإفلات منها.

الثقوب السوداء ضخمة جدًا لدرجة أنها تُشكل المجرات المحيطة بها. فهي تؤثر على تكوين النجوم وتطور المجرات، وحتى على حركة مجموعات نجمية كاملة.

مجرتنا درب التبانة ليست استثناءً. ففي مركزها يقع الرامي أ*، وهو ثقب أسود فائق الكتلة يزن ما يعادل أربعة ملايين شمس. ورغم أهمية هذه الثقوب السوداء لوجود المجرات، إلا أننا ما زلنا لا نعرف على وجه اليقين كيفية تشكلها.

ومع ذلك، هناك دراسة جديدة لنموذج Pop III.1، بقيادة عالم الفيزياء الفلكية النظرية جوناثان تان في جامعة فيرجينيا، تقترب من هذه المشكلة المحيرة من منظور جديد.

ويعتمد البروفيسور تان على عقود من الأبحاث لوضع الأساس لنظرية جديدة يمكن أن تفسر كيفية تشكل هذه الأجرام الكونية العملاقة.

وبحسب البحث الذي أجراه هو وزملاؤه، فإن انهيار الجيل الأول من النجوم، المعروفة أيضًا باسم النجوم الأولية، ربما أدى إلى تشكل ثقوب سوداء هائلة الكتلة.

نموذج البوب ​​III.1

النجوم التي تشكلت من الهيدروجين والهيليوم البدائيين تسمى نجوم Pop III (صورة توضيحية: الفضاء).

في بدايات الكون، قبل ظهور المجرات والكواكب بوقت طويل، وُلد الجيل الأول من النجوم. هذه النجوم، التي تكوّنت من الهيدروجين والهيليوم البدائيين، أطلق عليها علماء الفيزياء الفلكية اسم نجوم البوب ​​3.

يصف نموذج Pop III.1، الذي طوّره البروفيسور جوناثان تان، النجوم التي تشكّلت في بيئات غير متأثرة بالعناصر الثقيلة. فبدون الكربون أو الأكسجين أو المعادن الثقيلة لتنظيم عملية التبريد، ربما وصلت هذه النجوم الأولى إلى كتل هائلة.

تخيل نجومًا أكبر كتلةً من شمسنا بمئات المرات. حجمها الهائل يجعلها قصيرة العمر، وتنهار بسرعة لتشكل أول ثقوب سوداء.

هذه الثقوب السوداء البدائية، بقايا نجوم البوب ​​3، تُعدّ بمثابة بذور لنمو ثقوب سوداء عملاقة. في النهاية، تكبر هذه الثقوب لتصبح الثقوب السوداء الهائلة التي نراها الآن في مراكز المجرات. حتى أن العلماء اكتشفوا ثقبًا أسود هائلًا يزن 36 مليار مرة وزن الشمس.

لعبت نجوم Pop III.1 أيضًا دورًا رئيسيًا في تشكيل الكون المبكر. إذ أدى إشعاعها القوي إلى تأين غاز الهيدروجين المحيط، مما أدى إلى بدء إعادة تأين الكون.

كانت هذه لحظةً محوريةً غيّر فيها الكون بنيته وتوازن طاقته. وكانت النتيجة إضاءةً كونيةً مفاجئة، تُعرف في الأوساط الفلكية بـ"الوميض".

إن التأثير المزدوج لنجوم Pop III.1 يجعلها مهمة في فهم بدايات البنية الكونية.

التحديات والبدائل

لا يزال نموذج Pop III.1 يعتبر نظرية مقبولة علميًا (صورة توضيحية: الفضاء).

بالإضافة إلى تفسير تشكل الثقوب السوداء الهائلة، فإن نظرية Pop III.1 تعالج أيضًا العديد من المشاكل الكبرى التي لم يتم حلها في علم الكونيات.

تتضمن هذه القضايا "توتر هابل"، ومناقشة الطاقة المظلمة الديناميكية، وكذلك الشذوذ المتعلق بكتل النيوترينو.

ومن خلال ربط النجوم الأولى وبقايا الثقوب السوداء فيها بالتطور واسع النطاق للكون، يقدم نموذج البروفيسور تان منظورًا فريدًا من نوعه يمكن أن يساعد في كشف العديد من الألغاز.

لكن سيناريو Pop III.1 ليس الفكرة الوحيدة. تشير نظريات أخرى إلى أن الثقوب السوداء البدائية تشكلت مباشرةً من تقلبات الكثافة في الثواني الأولى بعد الانفجار العظيم.

قد تكون هذه الثقوب السوداء بمثابة بذور ثقوب سوداء هائلة. وتشير نظرية أخرى إلى الانهيار المباشر لسحب الغاز العملاقة التي لا تُشكّل النجوم.

تقترح كل نظرية آلية مختلفة، وكلها تهدف إلى تفسير أسرار الكون.

تُشكك أيضًا تنبؤات نموذج Pop III.1 بتأين الكون المبكر. تشير القيود الرصدية على الخلفية الكونية الميكروية، وخاصةً تأثير سونييف-زيلدوفيتش الديناميكي، إلى صعوبة التوفيق بين كمية وتوقيت إعادة التأين.

ومع ذلك، لا يزال نموذج Pop III.1 يعتبر نظرية مقنعة، ويستمر في تأجيج النقاش حول كيفية تشكل أحد الهياكل الأولى في الكون.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/ho-den-trong-vu-tru-hinh-thanh-nhu-the-nao-20250923030226135.htm