كيف تشكلت الثقوب السوداء في بدايات الكون؟

هناك نوعان من الثقوب السوداء: الثقوب السوداء النجمية، التي تكون صغيرة وتتشكل عندما ينهار نجم كبير، وينتج عنه انفجار المستعر الأعظم، والثقوب السوداء فائقة الكتلة، التي تظل كيفية تشكلها لغزاً محيراً. يُعتقد أن الكون في بداياته كان يعج بثقوبٍ سوداء فائقة الكتلة حيث كانت قادرة على تجميع الغاز والغبار الكوني الذي يدخل في تكوين النجوم والكواكب، والتي اجتمعت في نهاية المطاف على شكل مجرات. لكن، كيف ظهرت الثقوب السوداء الأولى -مصنع النجوم- إذا لم يكن ثمة نجوم تنهار في الكون؟

ربما نكون على مشارف حل هذه المعضلة، حيث تقدم دراسة جديدة نُشرت في دورية «ذا أستروفيزيكال جورنال ليترز» نموذجاً جديداً يمكن أن يفسر كيفية تشكل هذه الثقوب الضخمة دون الحاجة للنجوم، وهو ما قد يحل لغزاً ظل طويلاً يفتقر إلى أي تفسير علمي دقيق.

يصرح «شانتانو باسو»، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ويسترن في أونتاريو بكندا، أن النموذج يعتمد على فكرة بديلة تدرس أسباب توقف الثقوب السوداء عن النمو. فمن جانب، لدينا نموذج «النجم المنهار» (الموضح في صورة المقال). في هذه الحالة، يتوقف انهيار الجاذبية بسبب الضغط الحراري والإشعاعي الشديد الذي يولّد في مركز النجم. على الجانب الآخر، لدينا نموذج «الانهيار المباشر»، وينبني على افتراض أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تتشكل بسرعةٍ كبيرة خلال فترة زمنية قصيرة للغاية، ثم تتوقف بعدها.

لتفسير هذا، ينبغي أن نعود إلى بدايات تشكل الكون، مباشرة بعد الانفجار العظيم، عندما كان كثير من الغاز والغبار الكوني منتشراً في كل مكان. تجمع بعض هذا الغاز والغبار على شكل كتل ضخمة للغاية، انهارت إلى أجسام كثيفة، مثلت بذرة الثقوب السوداء الأولى. بعد تشكلها، تبدأ في مراكمة الغاز وغبار الكون دون توقف. في النهاية، يضع الإشعاع الناتج عن كل هذه الثقوب السوداء والنجوم حديثة الولادة حداً لانتشارها ونموها الهائلين، تاركة ما نسميه الآن الثقوب السوداء فائقة الكتلة. ما يعنيه هذا هو أنه خلال 800 مليون عام الأولى بعد الانفجار العظيم، كان الكون مليئاً بثقوب سوداء نمت بسرعة كبيرة، ثم توقفت فجأة.

لا تبحث الورقة الجديدة كيفية تشكل الثقوب السوداء مباشرة. هي تقدم نموذجاً يبين خريطة توزيع الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الكون استناداً إلى الأماكن التي لوحظت فيها حتى الآن، والذي يتوافق مع نموذج «الانهيار المباشر»، الذي يفسر كيفية تشكل الثقوب السوداء المبكرة. طبعا، «الانهيار المباشر» هو مجرد نظرية حتى الآن، لكن يأمل باسو في أن تتمكن الأبحاث المستقبلية من المضي قدماً بهذه النتائج لكشف المزيد عن تاريخ نمو هذه الثقوب الضخمة، ومعرفة ما إذا كان نموذج الانهيار المباشر منطقياً. حقيقة أنه تمكنا منذ أشهر من التقاط صورة حقيقية للثقب الأسود؛ يعني بالتأكيد أننا على وشك التحقق من صحة هذا النموذج.