منذ عقود، عرف علماء الفلك أن الثقوب السوداء الهائلة تقع في مراكز معظم المجرات. هذه العمالقة الجاذبية تلتهم الغاز والغبار المتساقط، وتطلق كميات هائلة من الطاقة 💫. يمكن أن تتفوق هذه الطاقة على أنظمة النجوم بأكملها!

عندما يُنتِج هذا السقوط تدفقات مُنتجة للطاقة بشكل خاص، يمكن أن تُطلق الثقوب السوداء المركزيّة نفاثات قوية – حزم ضيقة من الجسيمات عالية السرعة التي يمكن أن تمتد لمئات الآلاف من السنين الضوئية!

ملاحظات النفاثات الكونية

تُلاحظ النفاثات الراديوية عادةً في كوننا المحلي، لكنها كانت بعيدة المنال بشكل ملحوظ في الكون البعيد، الكون المبكر، حيث كانت المجرات تتشكل وتتطور في ظروف مختلفة للغاية.

الآن، اكتشف فريق من علماء الفلك نافورةً راديويةً تمتدّ على الأقلّ 200,000 سنة ضوئيةً – ضعف قطر درب التبانة! – في كوازارٍ شابّ يُعرف باسم J1601+3102. 🤯

يُعدّ هذا الاكتشاف أكبر نافورة راديوية تمّ العثور عليها حتى الآن في حقبةٍ مبكرةٍ كهذه، عندما كان الكون أقلّ من 10% من عمره الحالي!

تمّ رصد النّافورة الراديوية في البداية بواسطة مصفوفة الترددات المنخفضة (LOFAR)، وهي شبكة دولية من تلسكوبات الراديو المنتشرة عبر أوروبا.

صيد النّوافير الكونية المبكرة

بسبب شيوع النّوافير الراديوية في الكون القريب، تَنبّأ العديد من علماء الفلك بأنّها يجب أن تكون موجودةً أيضًا في الكون المبكر.

ومع ذلك، فإن الضوضاء الخلفية القوية من الخلفية الكونية الميكروية (CMB) – بقايا الانفجار العظيم – غالباً ما تُغطي الإشارات الضعيفة للينابيع البعيدة. لهذا السبب، فشل علماء الفلك حتى الآن في اكتشاف ينابيع واسعة النطاق من هذا العصر البدائي.

جاء الاكتشاف الجديد كنوع من المفاجآت! بينما كان الفريق يفحص بيانات الراديو من LOFAR، لاحظوا هيكلاً ممدوداً ضعيفاً بالقرب من النشاط الكوكبي J1601+3102. عند الفحص الدقيق، أدركوا أنهم ينظرون إلى نبع ضخم ذي فصين يطلق من مركز النشاط الكوكبي.

بسبب بعد J1601+3102، استغرقت ضوئه ما يقرب من 12 مليار سنة للوصول إلينا. يوفر النبع نظرة خاطفة إلى الكون الشاب، في وقت كان فيه عمره 1.2 مليار سنة فقط!

أنييك جلودمانز زميلة بحث ما بعد الدكتوراه في NOIRLab والمؤلفة الرئيسية للدراسة.

«إنّها فقط بسبب أنّ هذا الجسم مُتطرّفٌ للغاية، نستطيع رصده من الأرض، على الرغم من بعده الشديد»، لاحظ جلودمان. «يُظهر هذا الجسم ما يمكننا اكتشافه من خلال الجمع بين قوة التلسكوبات المتعددة التي تعمل على موجات طولية مختلفة».

أصول النّفث الراديويّ المُدهشة

لأجل فهم النّفث وأصوله بشكلٍ أفضل، قام العلماء بإجراء ملاحظاتٍ متابعة عبر موجات طولية متعددة. استخدموا مُطياف جينيرا القريب من الأشعة تحت الحمراء (GNIRS) على جيني شمال، وهو جزء من مرصد جيني الدولي، بالإضافة إلى تلسكوب هوبي إيبرلي للحصول على بيانات بصرية.

حلّل الفريق خط الانبعاث الواسع لـ MgII (المغنيسيوم) – الذي أُنبعث أصلاً في الأشعة فوق البنفسجية، لكنّ توسّع الكون مدّه إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة.

حدد الباحثون أن الثقب الأسود الذي يُغذّي J1601+3102 معتدل نسبيًا، حيث يبلغ 450 مليون كتلة شمسية. تحتوي العديد من النجوم الكوازارية على ثقوب سوداء تبلغ مليارات المرات كتلة الشمس، لذلك كان الثقب الأسود “الأخف” لهذا الكوازار غير متوقع بالنظر إلى حجم نفاثاته الراديوية.

“من المثير للاهتمام أن الكوازار الذي يُغذّي هذا النّفَاث الراديويّ الكبير لا يمتلك كتلة ثقب أسود مُفرطة مقارنةً بالكوازارات الأخرى”، قال جلويدمانس. “يبدو أنكَ لست بحاجة إلى ثقب أسود هائل أو معدل تراكمٍ مُفرط لإنشاء مثل هذه النفاثات القوية في الكون المبكر.”

علاوة على ذلك، تظهر الفصوص الراديوية غير متماثلة من حيث السطوع والامتداد، مما يشير إلى عوامل بيئية قد تُشكّل التيار الخارجي. قد ينشأ الاختلاف من تفاعلات مع الغاز المحيط، أو من تغييرات في كثافة المادة في اتجاهات مختلفة حول الكوازار.

النفاثات الراديوية المُخفية

إضافةً إلى الخلفية الكثيفة للأشعة الكونية الميكروية، ربما تكون عمليات أخرى في الكون المبكر قد قمعت أو حجبت النفاثات المبكرة، ما يفسر لماذا لم يلاحظها علماء الفلك إلا نادراً حتى الآن.

يقترح بعض العلماء أن آليات التغذية الراجعة القوية – مثل رياح [[LINK20]]الـ [[LINK20]]سوبرنوفا أو التكوين النجمي المكثف – ربما قد عطلت أو أخفت هذه النفاثات. وبالعكس، يبدو أن J1601+3102 غير عادي لدرجة أنه حتى هذه التحديات لم تتمكن من إخفاء إشارته الكونية تماماً.

فريتس سوايجين باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة دورهام ومؤلف مشارك في البحث.

قال سوايجين: “عندما بدأنا في دراسة هذا الجسم، كنا نتوقع أن يكون النفاث الجنوبي مجرد مصدر قريب غير مرتبط، وأن يكون معظمها صغيراً.”

“أدهش هذا الأمر عندما كشفت صورة LOFAR عن هياكل راديوية كبيرة مفصلة. طبيعة هذا المصدر البعيد تجعل من الصعب اكتشافه عند ترددات راديوية أعلى، مما يُظهر قوة LOFAR بمفردها وتآزرها مع الأدوات الأخرى.”

لقطة نادرة لنشاط الكوازارات المبكر

يسلط هذا الاكتشاف الضوء على كيفية تأثير الثقوب السوداء الهائلة على تكوين المجرات خلال العصور الأولى من الكون. يمكن للنفاثات حقن الطاقة في محيطها، وتنظيم تشكل النجوم عن طريق تسخين أو طرد الغاز.

فهم كيفية سير هذه العمليات خلال مليار سنة أولى يمكن أن يُلقي الضوء على سبب شكل المجرات اليوم.

على الرغم من هذا الإنجاز، لا تزال العديد من الأسئلة مطروحة. لا يزال الباحثون غير متأكدين من مدى تكرار تشكل هذه النفاثات في الكون المبكر، أو الظروف المحددة التي تُمكّن من تدفقات قوية حول الثقوب السوداء الأقل كتلة.

ستُقدم الملاحظات المستقبلية باستخدام مرافق حديثة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST)، ومصفوفة أتاكاما الكبيرة للمليمتر/أدنى من المليمتر (ALMA)، ومصفوفة الكيلومتر المربع القادمة (SKA) نظرةً أعمق في هذه العمليات.

بإظهار نافورة راديوية ضخمة في وقت كانت فيه الكون في بداياته، يقدم J1601+3102 صورةً نادرةً لنشاط الكوازارات المبكر.

مع استمرار علماء الفلك في مسح الكون البعيد، قد يجدون مزيدًا من الأمثلة على هذه النافورات المذهلة، لرسم صورةٍ متزايدة التفصيل حول كيفية تطور الثقوب السوداء ومجراتها معًا – وكيف شكلت الطاقة من هذه المحركات الهائلة الكون.

المصدر: رابط المقال الأصلي