اكتشاف ثلاثة ثقوب سوداء هائلة في مجرة من فجر الكون

أعلن فريق بحثي من معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض في ألمانيا، بقيادة الباحثة هانا أوبلر، عن اكتشاف ثلاثة ثقوب سوداء هائلة نشطة تتغذى في آنٍ واحد داخل مجرة واحدة تُعرف باسم J0148-4214، تقع على مسافة تتجاوز 12.5 مليار سنة ضوئية، أي أننا نرى ضوءها كما كان قبل نحو 1.2 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم. وتُعدّ هذه أول مرة يُعثر فيها على دليل واضح على وجود ثلاثة ثقوب سوداء نشطة في مجرة واحدة من هذه الحقبة المبكرة للكون، في دراسة نُشرت في مجلة Astronomy & Astrophysics.

يقع اثنان من الثقوب السوداء الثلاثة قريبين من مركز المجرة، يفصل بينهما نحو 620 سنة ضوئية فقط من منظور الرصد، بينما يقبع الثالث على مسافة أبعد تبلغ حوالي 5500 سنة ضوئية من المركز. وتُقدّر كتل هذه الثقوب السوداء الهائلة بنحو 80 مليون كتلة شمسية للأكبر منها، و600 ألف كتلة شمسية للأصغر، و2 مليون كتلة شمسية للثالث، في مقابل كتلة نجمية إجمالية للمجرة تبلغ حوالي 1.3 مليار كتلة شمسية.

واللافت أن الثقب الأسود الأصغر كتلةً، البالغة كتلته 600 ألف شمس، يتغذى على الغاز المحيط به بمعدل يتجاوز ما يُعرف بحد إدينغتون، وهو الحد النظري الأقصى لمعدل نمو الثقوب السوداء الذي يتوازن فيه ضغط الإشعاع المنبعث مع قوة الجذب نحو الداخل. ويعني هذا أن هذا الثقب الصغير نسبيًا ينمو بمعدل أسرع من أكبر زميليه، في ظاهرة نادرة الرصد تفتح نافذة لفهم كيفية تضخم الثقوب السوداء في الكون الفتي.

اعتمد الفريق البحثي على بيانات جمعها مطياف نيرسبك المثبت على تلسكوب جيمس ويب الفضائي، باستخدام أسلوب المطيافية ثلاثية الأبعاد الذي يسجل طيف الضوء لكل نقطة في مجال الرؤية في وقت واحد، فيمنح خريطة مكانية وطيفية متكاملة للمجرة المرصودة. وقد لاحظ الباحثون أنماطًا غير معتادة في خطوط انبعاث الهيدروجين، وهي بصمات ضوئية يُصدرها غاز متأين يتحرك بسرعة كبيرة قرب ثقب أسود نشط، ما قادهم إلى الاشتباه في وجود أكثر من مصدر واحد لهذا الانبعاث.

ولأن تلسكوب جيمس ويب لم يكن قادرًا على تمييز الثقبين السوداوين المركزيين كجسمين منفصلين بصريًا نظرًا لقربهما الشديد من بعضهما، استعان الفريق بتقنية القياس الطيفي الفلكي الموضعي، التي تجمع بين تحليل الطيف وتحديد الموضع الدقيق لمصدر الضوء بدقة تفوق حدود الرصد البصري المباشر. وأكد الباحثون أنه لولا هذا المستوى من التفصيل المكاني، لكان من المرجح رصد ثقب أسود واحد فقط من الثلاثة، بينما كان الآخران سيبقيان مختفيين داخل الضوء المدمج القادم من المجرة.

يتوقع الفريق أن يندمج الثقبان المركزيان في غضون بضع مئات من ملايين السنين، في عملية اندماج ستُصدر على الأرجح موجات جذبية يمكن رصدها بأجيال مستقبلية من مراصد الفضاء. أما الثقب الثالث، الأبعد عن المركز، فيرى الباحثون احتمالين لتفسير وجوده: فقد يكون بقية ارتدادية قُذفت بعيدًا عن مركز مجرة سابقة نتيجة عدم تماثل في انبعاث الموجات الجذبية خلال اندماج قديم، أو قد يكون في طريقه للهجرة التدريجية نحو مركز المجرة ليشارك لاحقًا في اندماج جديد.

يرى عالم الفلك روبرتو مايوليني من جامعة كامبريدج، المشارك في الدراسة، أن هذا الاكتشاف يقدم دليلًا مباشرًا على أن اندماج المجرات والثقوب السوداء المتعددة داخل المجرة الواحدة قد يكون أكثر شيوعًا في الكون المبكر مما كان يُعتقد سابقًا. وتشير هذه النتائج إلى أن نمو المجرات الضخمة وثقوبها السوداء المركزية لم يكن عملية خطية بسيطة، بل تضمن سلسلة من عمليات الاندماج والتفاعل المعقدة التي شكّلت بنية الكون كما نعرفه اليوم.

وفي إطار الاهتمام العربي المتنامي بعلوم الفضاء والكون، يُعدّ مثل هذا الاكتشاف رافداً علمياً لتعزيز الاهتمام بالفيزياء الفلكية في الجامعات العربية. وتسعى هيئة الفضاء السعودية ومركز محمد بن راشد للفضاء في الإمارات إلى بناء قدرات رصدية وطنية تتيح المساهمة في الدراسات الكونية العالمية، فيما يرتبط هذا الاكتشاف بالإرث الفلكي العربي التاريخي الذي أسّس أسماء نجوم كثيرة ما زالت تُستخدم حتى اليوم.

ويخطط الفريق البحثي لمتابعة رصد هذا النظام الثلاثي باستخدام مراصد إضافية، بهدف تحديد مصائر الثقوب السوداء الثلاثة بدقة أكبر، وفهم أثر هذه الظاهرة على تطور المجرات الضخمة في الحقبة المبكرة من عمر الكون، التي لا يزال الكثير من تفاصيلها غامضًا على الفلكيين حتى الآن.