في صيف عام 2022، أُعْجِبَ العالم برؤية تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) للكون البعيد، مُغيِّراً قصتنا حول تكوُّن وتطوُّر المجرات إلى الأبد. بقدرته الفائقة على جمع الضوء، تمكن من اكتشاف أجسامٍ أضعف من أي وقتٍ مضى. تُظهر أدواته العالية الدقة أجسامًا منفردةً عن المُمتدة أو المُتعددة المصادر، ممّا فتح لنا آفاقاً جديدةً في عالم علم الفلك. كما تمكّننا قدراته في الأشعة تحت الحمراء من اكتشاف أجسام أبعد وأكثر احمرارًا كونيًا من أي وقتٍ مضى. مع هذه التكنولوجيا المُذهلة، أصبحنا على أهبة الاستعداد لمعرفة المراحل الأولى من التاريخ الكوني للنجوم، والمجرات، والثقوب السوداء الهائلة.

لغز النقاط الحمراء الصغيرة (LRDs)

بناءً على كل ما تعلمناه سابقًا، كانت لدينا توقعات حول عدد المجرات التي سنراها في المراحل المبكرة من التاريخ الكوني، وكتل تلك المجرات وسطوعها، وكم من الضوء المُنتَج يأتي من النجوم، مقابل كم منه يأتي من الثقوب السوداء الهائلة النشطة بداخلها. لكن، وبشكلٍ غير متوقع، ظهرت فئةٌ جديدة من الأجسام – النقاط الحمراء الصغيرة (LRDs) – بكثرةٍ كبيرة في بيانات التلسكوب. ولم تتطابق هذه النقاط الحمراء الصغيرة مع توقعاتنا على الإطلاق. فهي شديدة السطوع، مما يوحي بكتلٍ نجميةٍ هائلة، ولكنّ كثرتها في تلك المراحل المبكرة كانت كبيرةً للغاية بحيث لم تتلاءم الصورة الكاملة. والآن، في بداية عام 2025، تمكّن العلماء من حل لغزها!، مع دور هام للثقوب السوداء الهائلة النشطة في شرح الكون.

النظريات والتفسير العلمي

في معظم المجرات التي نراها، هناك سببان رئيسيان فقط وراء كون لون المجرة أحمرًا بشكلٍ جوهري عندما نلاحظها:

1. قد تكون المجرة حمراء لأنّ النجوم الموجودة فيها في الغالب قديمة، لأن النجوم الأكثر لمعانًا، والساخنة، والزرقاء هي أيضًا النجوم الأقصر عمراً. وتُعد هذه المجرات “الحمراء والميتة” معظمها خالية من الغاز ولم تُشكل أي نجوم جديدة منذ مليارات السنين.
2. قد تكون المجرة حمراء لأنها غنية بالغبار، حيث يحجب الغبار الكوني الضوء الصادر من الأجسام الموجودة خلف الغبار. هذا الغبار المُحجب للضوء، لأنه مصنوع من حبيبات غبار ذات حجم محدد، أكثر فعالية في حجب الضوء الأزرق من الضوء الأحمر، لذلك ستُطبق هذه التأثيرات “التحميضية” على كل الضوء الذي تنتجه المجرة قبل أن يسافر عبر الكون.

لكنّ المجرات في بداية التاريخ الكوني – بعد بضع مئات من ملايين السنين أو ربما مليار سنة من الانفجار العظيم – لا توجد طريقة لوجود “مجرات حمراء” من النوع الأول. كان الكون ببساطة صغيرًا جدًا بحيث لم تكن النجوم الساخنة الزرقاء المتوهجة بداخله قد ماتت جميعًا.

و عندما نرى المجرات البعيدة، وخاصة على نطاقاتٍ كونيةٍ، هناك تأثير “احمرار” آخر يجب أن نأخذه في الاعتبار: تأثير الانزياح الكوني نحو الأحمر. فكلما زادت المسافة بين الجسم ومرصدنا، زاد الوقت الذي تحتاجه الضوء للسفر عبر الكون ليصل إلى أعيننا. ونظراً لتوسع الكون، فإن طول موجة الضوء يتمدد – أو ينزاح نحو الأحمر – إلى أطوالٍ موجيةٍ أطول وأطول أثناء سفره عبره. يمكننا تحديد مقدار هذا التغير بدقة.

بالنسبة إلى مجرة قريبة، سيتم تمديد الضوء المنبعث من مجرة بعيدة، ولكن إذا طبقنا “عامل التمدد” على الضوء الذي نراه، فيمكننا فهم أن جميع الطول الموجي تُمدد بنفس عامل الضرب. إذا قسمت طول الموجة الضوئية من المجرة البعيدة على “عامل التمدد” – وهو مجرد (1 + z)، حيث z هو انزياح أحمر الجسم – فستستعيد بدقة كيف ستبدو هذه المجرة لو كانت موجودة بالقرب.

بمعنى آخر، القصة البسيطة هي: النجوم تُصدر الضوء، الغبار يُعَتَمِق بعض الضوء (أكثر من الضوء الأزرق، وأقل من الضوء الأحمر)، ثم يسافر الضوء عبر الكون ويتعرض للانزياح الأحمر أثناء السفر.

لقد نجحت هذه القصة مع معظم المجرات، لكنّ مجرات “النقط الحمراء الصغيرة” تُظهر سطوعًا غير متوقع. كان هذا هو اللغز الذي تم حله بفضل تلسكوب جيمس ويب.

تفسير مُفصّل لـ LRDs

أولاً، هذه الأجسام (LRDs) كانت مختلفة تمامًا عن أي فئة من الأجسام الأخرى التي رأيناها من قبل. عندما تنظر إلى الضوء الذي ينتجه، تجد أن طيف الضوء مسطح في الأشعة فوق البنفسجية، ثم يرتفع عند الأطوال الموجية الطويلة في الضوء المرئي وحتى الأشعة تحت الحمراء. يحتوي طيف هذه المجرات على خطوط انبعاث عريضة، مما يشير إلى نوع من المصدر النشط القادر على إثارة أعداد هائلة من الذرات. كما أنها وفيرة للغاية: تمثل 20% من جميع مصادر خطوط الانبعاث العريضة في الكون عندما كان عمر الكون 1.2 مليار سنة أو أقل.

لذلك، في البداية، زُعم أن هذه الأجسام يمكنها أن “تكسر الكون” كما نعرفه. إذا كانت النجوم تُنتج الضوء، و الغبار يُعَتَمِق الضوء، و الضوء يسافر عبر الكون و ينزاح نحو الأحمر، فإن الطريقة الوحيدة لشرح سطوع هذه النقاط الحمراء الصغيرة (LRDs) ستكون بوجود كتل نجمية هائلة داخل هذه المجرات. لكن هذا يُشكّل مشكلةً، لأن تكوين الهياكل وتجمع المادة في الكون يستغرق وقتًا، والأجسام الأكثر كتلة تحتاج إلى فتراتٍ أطولٍ من الزمن لتكوينها.

في العلم، يجب أن نكون متشككين للغاية في أي ملاحظاتٍ تتعارض مع توقعاتنا. أحد التفسيرات المحتملة لـ “زيادة السطوع” لهذه الأجسام (LRDs) هو أن جزءًا من الضوء جاء من النجوم، بينما يأتي الباقي من ثقبٍ أسود هائلٍ نشطٍ في مركز المجرة، وهو نظير لنجم كوازار أو مصدر إشعاعي مجري نشط.

اكتشاف الثقوب السوداء الهائلة في الكون المبكر

سرعان ما رفض العديد من علماء الفلك هذا الاقتراح لسبب بسيط: فقد لاحظنا بالفعل الكوازارات ونشاطات المجرات النشطة في أوقاتٍ متأخرة من عمر الكون، لكنّ كثافة الأجسام (LRDs) أعلى من التوقعات بمراحلٍ كثيرة، وحتى أكثر وفرة بشكل كبير مقارنة بالعدد المعروف من نشاطات المجرات النشطة في أوقاتٍ سابقة.

لكن ذلك لم يعني بالضرورة عدم وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة نشطة تساهم في سطوع هذه الأجسام LRD؛ فقد يعني أيضًا أن شيئًا ما يتفكك بشأن استقرائنا البسيط. وبالفعل – من سياق مختلف تمامًا من الأدلة – هناك شيء يتفكك: الاستقراء القائل بأن الثقوب السوداء الفائقة الكتلة لا تتجاوز كتلتها 0.1% من الكتلة الكلية للنجوم داخل المجرة التي تستضيف الثقب الأسود الفائق الكتلة. كما أظهرت بعض الدراسات في أواخر عام 2023، أن الثقوب السوداء الفائقة الكتلة يمكن أن تكون أكثر كتلة بكثير، مقارنةً بكتلة النجوم داخل مجراتها، في أول ~1 مليار سنة من التاريخ الكوني عن مجرد 0.1% من الكتلة النجمية الكلية.

كشف تلسكوب جيمس ويب، وخاصةً في المراحل الأولى من التاريخ الكوني، عن وجود ووفرة كبيرة لما نسميه الثقوب السوداء الفائقة الكتلة: الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها بشكل كبير عن مجرد 0.1% من كتلة النجوم في المجرة بأكملها. تحتوي العديد من المجرات المبكرة على ثقوب سوداء عملاقة تبلغ كتلتها حوالي 1% من إجمالي كتلة النجوم، وبعض المجرات المبكرة بها ثقوب سوداء عملاقة تبلغ كتلتها حوالي 10% من إجمالي كتلة النجوم، و على الأقل مجرة واحدة بها ثقب أسود عملاق يبلغ من الكتلة ما يعادل كتلة جميع النجوم مجتمعة فيها. بمعنى آخر، مقارنةً بالنجوم داخل المجرة، يمكن أن يكون للثقب الأسود العملاق أهمية أكبر بكثير في الإضاءة الكلية للجسم مما هو عليه حتى في الكوازارات أو النشاطات النجمية التي لوحظت في الأزمنة الأحدث.

الاستنتاجات والتحليل النهائي

من الممكن أن هذه الأجسام (LRDs)، أو على الأقل جزء منها، لا تحصل على كل ضوئها من النجوم، بل إن الثقوب السوداء النشطة تُعزّز من لمعانها. بهذا، فإنها تخدعنا – إذا بقينا ملتزمين بفرضياتنا الساذجة – إلى الاعتقاد بأننا نعيش في كون لا يتوافق مع نفسه.

ذلك بالضبط ما حققته دراسة أجراها تعاون كبير من العلماء الذين يعملون مع بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، بقيادة ديل كوفسكي، قاموا بإحصاء لـ LRDs من مجموعة متنوعة من برامج رصد تلسكوب جيمس ويب الفضائي، بما في ذلك CEERS، و JADES، و NGDEEP، و PRIMER-UDS، و PRIMER-COS، و UNCOVER. منذ أول مليار و 100 مليون سنة من التاريخ الكوني، حددوا 341 جسمًا LRD، وكشفوا عن كمية هائلة من المعلومات حولها: معلومات قد تُظهر ما إذا كان نشاط الثقوب السوداء الهائلة يمكن أن يعيد هذه الأجسام إلى مسارها وفقًا لصورتنا عن كيفية نمو الكون.

فما الذي تعلمه هؤلاء عن هذه الكائنات ذات النقاط الحمراء الصغيرة؟ الكثير، بما في ذلك:

• أن حوالي ٧٠-٨٠٪ على الأقل لديها ثقوب سوداء متراصة.
• أنها تختفي عمليًا عندما تنظر إلى ما بعد 1.2 مليار سنة من الانفجار العظيم.
• لكنها تبلغ ذروتها حوالي ٩٠٠ مليون سنة بعد الانفجار العظيم.
• ثم تقل وفرةً كلما عدت إلى الوراء، لكنها موجودة منذ زمن بعيد، على الأقل حتى حوالي ٤٠٠ مليون سنة بعد الانفجار العظيم.

تُظهر الكائنات ذات النقاط الحمراء الصغيرة التي تحتوي على أدلة على نشاط الثقوب السوداء فائقة الكتلة بعضًا من أقوى الأدلة على “الثقوب السوداء الفائقة الكتلة”: حيث تكون الكتلة المُستنتجة للثقب الأسود فائق الكتلة أكثر من ٠.١٪ من إجمالي كتلة النجوم في المجرة.