"הגילוי המדהים" של ווב של חורים שחורים ענקיים ביקום המוקדם – "מחשבה להיות בלתי אפשרית"

ה טלסקופ החלל ג'יימס וובהגילוי של גלקסיות מוקדמות עם חורים שחורים מסיביים מאתגר את תיאוריות היווצרות הגלקסיות המסורתיות, ומציע התפתחות סינכרונית של חורים שחורים וכוכבים, ממצא שיכול לעצב מחדש את הבנתנו את האבולוציה הקוסמית.

אסטרונומים ביקשו מזה זמן רב להבין את היקום המוקדם, ובזכות טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), נוצר חלק קריטי בפאזל. ה"עיניים" המזהות אינפרא אדום של הטלסקופ הבחינו במערך של נקודות קטנות ואדומות, שזוהו כחלק מהגלקסיות המוקדמות ביותר שנוצרו ביקום.

התגלית המפתיעה הזו היא לא רק פלא ויזואלי, זה רמז שיכול לחשוף את הסודות כיצד החלו הגלקסיות והחורים השחורים האניגמטיים שלהן את המסע הקוסמי שלהן.
"התגלית המדהימה של ג'יימס ווב היא שלא רק שליקום יש את העצמים המאוד קומפקטיים והבהירים באינפרא אדום, אלא שהם כנראה אזורים שבהם כבר קיימים חורים שחורים ענקיים", מסביר עמית JILA ופרופסור לאסטרופיזיקה באוניברסיטת קולורדו בולדר מיץ' בגלמן. "זה נחשב בלתי אפשרי."

בגלמן וצוות של אסטרונומים אחרים, כולל ג'ו סילק, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, פרסמו את ממצאיהם ב ה מכתבי יומן אסטרופיזייםמה שמציע שדרושות תיאוריות חדשות של בריאה גלקטית כדי להסביר את קיומם של חורים שחורים ענקיים אלה.

"דרוש משהו חדש כדי ליישב את התיאוריה של היווצרות הגלקסיות עם הנתונים החדשים", מפרט סילק, המחבר הראשי של המחקר שעלול להיות פורץ דרך.

הסיפור המסורתי על היווצרות הגלקסיה

אסטרונומים העלו בעבר אבולוציה מסודרת משהו כשחשבו על אופן היווצרות הגלקסיות. תיאוריות קונבנציונליות קבעו שגלקסיות נוצרות בהדרגה, מתאספות במשך מיליארדי שנים. באבולוציה קוסמית איטית זו, חשבו שהכוכבים צצו ראשונים, ומאירים את החושך הקדמון.

"הרעיון היה שעברת מהדור המוקדם הזה של כוכבים אל הגלקסיות שבאמת נשלטות בעיקר על ידי כוכבים", מוסיף בגלמן. "ואז, לקראת סוף התהליך הזה, אתה מתחיל לבנות את החורים השחורים האלה."

חורים שחורים סופר-מסיביים, אותן ישויות אניגמטיות וחזקות, האמינו שהופיעו אחרי הכוכבים הראשונים, שגדלו בשקט בליבה הגלקטית. הם נתפסו כמווסתים, מדי פעם פורצים לפעולה כדי למתן את היווצרותם של כוכבים חדשים, ובכך לשמור על איזון גלקטי.

מאתגר את החוכמה הקונבנציונלית

הודות לתצפיות של "הנקודות האדומות הקטנות" של ה-JWST, החוקרים גילו שהגלקסיות הראשונות ביקום היו בהירות מהצפוי, שכן רבים הראו כוכבים המתקיימים יחד עם חורים שחורים מרכזיים הידועים כקוואזרים.

"קוואזרים הם העצמים המאירים ביותר ביקום", מסביר משי. "הם תוצרים של הצטברות גז על חורים שחורים מסיביים בגרעיני הגלקסיות היוצרים אורות עצומים, העולים על הגלקסיות המארחות שלהם. הם כמו מפלצות בקן הקוקיה".

כשראו את הדו-קיום של כוכבים עם חורים שחורים, הבינו החוקרים במהירות שיש לפגום בתיאוריות המקובלות של היווצרות גלקסיות. "(הנתונים החדשים האלה) נראים כמו (התהליך) הפוך, שהחורים השחורים האלה נוצרו יחד עם הכוכבים הראשונים, ואז שאר הגלקסיה בעקבותיו", אומר בגלמן. "אנחנו אומרים שהצמיחה של ה חור שחור, בהתחלה, מקדם את הכוכבים. ורק מאוחר יותר, כשהתנאים משתנים, הוא מתהפך למצב של כיבוי הכוכבים".

מהתהליך החדש שהוצע, החוקרים מצאו שהקשר בין היווצרות כוכבים להיווצרות חורים שחורים נראה קרוב מהצפוי, שכן כל אחד מהם הגביר בתחילה את הצמיחה של השני באמצעות תהליך המכונה משוב חיובי.

"היווצרות כוכבים מאיצה היווצרות חורים שחורים מאסיביים, ולהיפך, באינטראקציה של אלימות, לידה ומוות הקשורה בל יינתק, שהיא המגדלור החדש של היווצרות הגלקסיות", אומר סילק.

ואז, לאחר כמעט מיליארד שנים, הענקים המטפחים הפכו לדכאים, מדללים את מאגרי הגז בגלקסיות שלהם ומכבים את היווצרות הכוכבים. "המשוב השלילי" הזה נבע מזרימות יציאות חוסכות אנרגיה – רוחות חזקות שהוציאו גז מהגלקסיות, והרעיבו אותן מהחומר הדרוש ליצירת כוכבים חדשים.

ציר זמן גלקטי חדש

חמושים בגילוי ההתנהגות המטפחת של החורים השחורים, הציעו החוקרים ציר זמן חדש למעבר ממשוב חיובי לשלילי בהיווצרות גלקסיה מוקדמת. בהסתכלות על ספקטרום האור והחתימות הכימיות השונות הנפלטות מ"נקודות אדומות קטנות" אלה, הציעו החוקרים שהשינוי הזה התרחש לפני כ-13 מיליארד שנה, מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, תקופה שאסטרונומים מסווגים כ-"z ≈6. ”

זיהוי עידן המעבר הזה עוזר לאסטרונומים למקד תקופות ספציפיות בהיסטוריה של היקום לצורך תצפית. זה יכול להנחות אסטרטגיות תצפית עתידיות באמצעות טלסקופים כמו JWST ואחרים כדי לחקור את היקום המוקדם בצורה יעילה יותר. בנוסף, על ידי הבנה מתי התרחש שינוי זה, אסטרונומים יכולים להקשר טוב יותר את המאפיינים של גלקסיות מודרניות, כולל גודל, צורה, הרכב כוכבים ורמת פעילות.

אימות תהליך חדשני

כדי לאמת את התיאוריה החדשה הזו של היווצרות גלקטית שיתופית בין הכוכבים והחורים השחורים, ולספק תובנה נוספת לגבי התהליכים המעורבים, יש צורך בהדמיות ממוחשבות.

"זה ייקח קצת זמן", אומר בגלמן. "הדמיות המחשב הנוכחיות הן פרימיטיביות למדי, ואתה צריך רזולוציה גבוהה כדי להבין הכל. זה דורש כוח מחשוב רב והוא יקר".

עד אז, ישנם צעדים נוספים שקהילת האסטרונומיה יכולה לנקוט כדי לסקור ולאמת את התיאוריה החדשה הזו.

"הצעדים הבאים יבואו מתצפיות משופרות", מוסיף סילק. "הכוח המלא של JWST לחקור את הספקטרום של הגלקסיות הרחוקות ביותר ישוחרר במהלך השנים הבאות."

גם בגלמן וגם משי אופטימיים לגבי שאר התחום שלהם יאמצו את הרעיון המוצע שלהם.

"למיטב ידיעתי, אנחנו הראשונים ללכת בכיוון הקיצוני הזה", מוסיף בגלמן. "במשך השנים דחפתי את המעטפה עם משתפי הפעולה שלי שעבדו על בעיית היווצרות החורים השחורים הזו. אבל JWST מראה לנו שלא חשבנו מספיק מחוץ לקופסה".

למידע נוסף על מחקר זה, ראה המירוץ הקדמוני בין חורים שחורים וגלקסיות.