تشير محاكاة كونية جديدة إلى أن مجموعات النجوم الكثيفة في الكون المبكر يمكن أن تكون قد شكلت بذورًا للثقوب السوداء فائقة الكتلة من خلال اندماجات هاربة. يتناول هذا العمل كيفية نمو هذه الأجسام الضخمة بسرعة بعد ولادة الكون وقد يفسر النقاط الحمراء الصغيرة الغامضة التي رصدتها مرصد جيمس ويب الفضائي. بقيادة فريد غارسيا في جامعة كولومبيا، يعيد الدراسة إنشاء أول 700 مليون سنة من التاريخ الكوني.
تقع الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز ما يقرب من جميع الملياري مجرة في الكون. تشكلت هذه الوحوش بعد فترة قصيرة من ولادة الكون ونمت إلى ملايين أو مليارات الأضعاف من كتلة الشمس في أقل من مليار سنة، مما يحير علماء الفلك.
تعمق الغموض في عام 2022 عندما اكتشف مرصد جيمس ويب الفضائي (JWST) 'نقاط حمراء صغيرة' في صور الكون البعيد. تظهر هذه حوالي 600 مليون سنة بعد ولادة الكون وتلاشت في المليار سنة التالية، مع اعتبار العديد من العلماء الآن أنها ثقوب سوداء فائقة الكتلة في طور النمو تظهر أبكر مما كان متوقعًا.
قاد فريد غارسيا، طالب دراسات عليا في جامعة كولومبيا، دراسة نشرت في The Open Journal of Astrophysics (DOI: 10.33232/001c.145064). تدعم الدراسة فكرة أن مجموعات النجوم الكثيفة شكلت بذور ثقوب سوداء ذات كتلة متوسطة. 'الآن، هناك ثلاث أفكار رئيسية حول كيفية تشكل بذور الثقوب السوداء فائقة الكتلة: الانهيار المباشر من سحب الغاز، بقايا النجوم الأولى، ومجموعات النجوم الكثيفة'، قال غارسيا. 'عملنا يدعم حقًا الحالة الأخيرة.'
ركزت المحاكاة على تشكل مجرة قزمة في أول 700 مليون سنة، كاشفة عن اندلاعين في تشكل النجوم في سحب غاز باردة داخل هالة مادة مظلمة. هاجرت المجموعات إلى المركز، متحدة في مجموعة نجمية نووية تشع مثل مليون شمس. حولت بعض السحب ما يصل إلى 80 في المئة من الغاز إلى نجوم، متجاوزة بكثير الـ2 في المئة في المجرات الحديثة.
انفجرت النجوم في المجموعة الكثيفة، تاركة ثقوبًا سوداء غرقت في النواة واندمجت مرارًا. 'جميع الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية التي تهاجر إلى المركز... تشكل في النهاية مجموعتها الخاصة الكثيفة جدًا، المرتبطة جاذبيًا'، قال ماتياس لييمبي غونزاليس من جامعة سابيينزا في روما، الذي لم يشارك. يمكن لهذا العملية الهاربة إنشاء أجنة ثقوب سوداء فائقة الكتلة.
أشارت بريامفادا ناتاراجان من جامعة ييل، غير مشاركة أيضًا، إلى أن النتائج تتوافق مع عملها النظري في عام 2014 حول نمو الثقوب السوداء في مثل هذه المجموعات. قد تفسر المحاكاة رصد JWST لمجموعات نجمية عند 460 و600 مليون سنة بعد الانفجار العظيم، مع ملاحظات مستقبلية من JWST ومهمة LISA التي قد تؤكد الرابط.