إجابة محتملة عن أحد أكبر ألغاز الكون المبكر لدى JWST
أجبر تلسكوب جيمس ويب الفضائي الفلكيين على إعادة التفكير في سرعة نضج المجرات والثقوب السوداء في الكون المبكر. فقد كشف أن كثيرًا من المجرات القديمة جدًا كانت بالفعل تؤوي ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة، كما عثر على عدد أكبر من المجرات “الحمراء والميتة” مما كان متوقعًا بعد نحو 1 إلى 2 مليار سنة فقط من الانفجار العظيم. وتقول دراسة جديدة إن هذين المفاجأتين قد يكونان مرتبطين ارتباطًا وثيقًا.
وبحسب بحث نُشر في Nature، كانت الكوازارات اللامعة المبكرة تنتج كثيرًا تدفقات خارجة شديدة على نطاق المجرة قادرة على إبعاد الغاز البارد اللازم لتكوين نجوم جديدة. وإذا كانت هذه الآلية شائعة، فقد تساعد في تفسير كيف توقفت بعض المجرات عن تكوين النجوم بهذه السرعة في التاريخ الكوني.
الفكرة ليست أن الكوازارات كانت تتعايش فقط مع مجرات تشيخ بسرعة، بل إنها كانت تساعد فعليًا في صنعها. عندما يراكم ثقب أسود فائق الكتلة المادة، فإنه يتحول إلى نواة مجرية نشطة. وأكثر الأمثلة طاقة هي الكوازارات، التي قد تفوق مجرات كاملة في اللمعان. وتشير الدراسة الجديدة إلى أن هذه الأجسام في الكون المبكر كانت غالبًا قوية بما يكفي لإخماد مجراتها المضيفة خلال أطر زمنية قصيرة.
لماذا جعل JWST السؤال ملحًا
قبل JWST، لم تكن الصورة القياسية لتطور المجرات مضطرة إلى تفسير وجود أعداد كبيرة من المجرات الناضجة والخاملة بعد وقت قصير جدًا من الانفجار العظيم. لكن ملاحظات ويب عقدت هذه الرؤية. فبعض المجرات تبدو وكأنها توقفت عن تكوين النجوم مبكرًا بشكل مفاجئ، كما يبدو أن كثيرًا من الأنظمة القديمة تضم ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في مراكزها رغم ضيق الوقت المتاح لنمو كل من المجرات والثقوب السوداء.
هذا المزيج دفع الفيزيائيين الفلكيين إلى البحث عن آلية سريعة وقوية بما يكفي لإعادة تشكيل المجرات مبكرًا. لطالما كانت تغذية الكوازار الراجعة مرشحة في المحاكاة، لكن الدراسة الجديدة تعزز هذا الاحتمال عبر الإبلاغ بأن التدفقات الخارجة الشديدة شائعة بين الكوازارات اللامعة المبكرة بدلًا من أن تكون استثناءات نادرة.
النص المصدر يسلط الضوء على JADES-GS-z7-01-QU، وهي مجرة قديمة “حمراء وميتة” اكتشفها JWST وتوقفت عن تكوين نجوم جديدة بعد وقت قصير من تشكلها. وأصبحت أجسام مثل هذه رمزًا للتحدي. فثمة شيء ما يبدو أنه أزال وقودها المكوّن للنجوم أو سخّنه قبل أن تتوقعه النماذج القياسية براحة.
كيف يمكن للكوازارات أن توقف المجرة
يتطلب تكوين النجوم غاز هيدروجين باردًا يمكنه الانهيار تحت تأثير الجاذبية. وإذا سُخّن هذا الغاز أو اضطرب أو طُرد، تباطأت آلة صنع النجوم في المجرة أو توقفت. وتقول الدراسة الجديدة إن الكوازارات المبكرة كانت غالبًا تولد تدفقات خارجة أشبه برياح مجرية هائلة بدلًا من نفاثات ضيقة، فتدفع المادة خارج المجرة المضيفة بأكملها.
وتُعرف هذه العملية باسم الإخماد. ومع جفاف إمداد النجوم الجديدة، تصبح مجموعة نجوم المجرة أكثر هيمنة من قبل نجوم أقدم وأبرد وأكثر احمرارًا. ومع مرور الوقت، تكتسب مظهرًا وجد JWST أمثلة عليه بأعداد غير متوقعة: أنظمة تبدو متقدمة في العمر رغم وجودها في كون شاب جدًا.
والادعاء المهم هنا هو التواتر. فقد عُرفت الكوازارات دائمًا بأنها أجسام عالية الطاقة، لكن العمل الجديد يشير إلى أن التدفقات الخارجة القوية على مستوى المجرة كانت شائعة بين الأمثلة المبكرة اللامعة. وهذا يجعل تغذية الكوازارات الراجعة تفسيرًا أكثر معقولية لوفرة المجرات الخاملة التي رصدها Webb.
إعادة التفكير في الثقوب السوداء بوصفها محركات لتطور المجرات
وتُبرز النتائج أيضًا بشكل أوضح السؤال الأوسع حول كيفية نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة والمجرات معًا. أشارت النتائج المبكرة لـ JWST إلى علاقة وثيقة، لكن اتجاه السبب والنتيجة كان صعب التحديد. وإذا كانت الكوازارات القوية تطرد باستمرار الغاز المكوّن للنجوم، فإن نشاط الثقب الأسود لم يكن مجرد نتيجة جانبية لتطور المجرة، بل كان أحد القوى المنظمة له.
وهذا يتوافق مع الرؤية المتزايدة بأن النوى المجرية النشطة يمكنها تنظيم دورة حياة المجرات، والمساعدة في تحديد متى يتسارع النمو ومتى ينتهي. وفي الكون المبكر، قد يكون التأثير أقوى مما كان عليه في العصور الكونية اللاحقة لأن الكوازارات نفسها تبدو أكثر قوة.
وتعرض Universe Today ذلك كتفسير محتمل لعدة اكتشافات محيرة من JWST في وقت واحد. فالمجرات التي تشكلت بسرعة، واحتوت مبكرًا على ثقوب سوداء كبيرة جدًا، ثم خمدت بسرعة، يصعب التوفيق بينها وبين قصة نمو أبطأ وأكثر انتظامًا. وتوفر التدفقات الخارجة التي تقودها الكوازارات مسارًا لهذا الجدول الزمني المضغوط.
ما الذي يحله هذا وما الذي لا يحله
لا تمحو الدراسة الجديدة كل الألغاز التي أثارها JWST. فليس كل المجرات القديمة تبدو أنها تؤوي ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة، ولا تزال العلاقة الدقيقة بين نمو الثقب الأسود وتدفق الغاز إلى الداخل وتوقف تكوين النجوم مشكلة بحثية نشطة. لكن النتائج تمنح الفلكيين آلية فيزيائية أقوى لأحد الشذوذات المركزية: لماذا يحتوي الكون الفتي على هذا العدد الكبير من الأنظمة التي تبدو بالفعل قديمة.
وهذا مهم لأن نماذج تطور المجرات تُبنى من هذه الروابط السببية. وإذا كانت تغذية الكوازارات المبكرة الراجعة شائعة ومتطرفة في آن واحد، فقد تحتاج المحاكاة إلى إسناد دور أكبر للتدفقات الخارجة التي تقودها الثقوب السوداء في تشكيل الأجيال الأولى من المجرات الكبيرة.
والنتيجة صورة أكثر ديناميكية للكون المبكر. فبدلًا من أن تقوم المجرات ببساطة بتجميع النجوم حتى تستنفد وقودها تدريجيًا، ربما جرى تحويل بعضها بسرعة بفعل نشاط الثقوب السوداء في مراكزها. وفي تلك الحالات، ربما كان الجسم الذي يساعد على إضاءة الكون بأقصى شدة هو نفسه المسؤول أيضًا عن خفتان تكوين النجوم في مستقبله.
