ظل الجاذبية في فجر الكون ✛ ✎

الأصل: "Resolving the black hole sphere of influence in a hyper-luminous obscured quasar at redshift 4.6"
arXiv:2504.13409 · 2025-04-18 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 2 دقيقة
لأول مرة، قياس ديناميكي لكتلة ثقب أسود فائق الضخامة عند انزياح أحمر أكبر من اثنين، عبر حركة الغاز داخل نطاق تأثيره.

الكوازار W2246–0526 هو منارة أُضيئت عندما كان عمر الكون 1.3 مليار سنة فقط. يصل ضوؤه إلينا بعد رحلة استغرقت 12.8 مليار سنة، لكن حتى من هذه المسافة الهائلة، تمكن علماء الفلك من رصد ما ظل عصيًا على المراقبة لعقود: ظل الجاذبية لثقب أسود. الظل هنا ليس استعارة، بل وصف دقيق؛ فالثقب الأسود الذي تبلغ كتلته 6.3 مليار شمسي يُحدث انحناءً في الزمكان يجعل الغاز في مركز المجرة يتحرك بسرعة أكبر، وكأنه يُسحب نحو دوامة غير مرئية.

لرؤية هذه الدوامة، قسم تلسكوب ALMA ضوء الكوازار إلى حلقات إهليلجية. في كل حلقة، قاس علماء الفلك تباين سرعات الغاز، وهو ما يُعرف بتشتت السرعات. عند الأطراف، يتدفق الغاز بهدوء: 186 كيلومترًا في الثانية. وبالاقتراب من المركز، يزداد التشتت ليصل إلى 300 كيلومتر في الثانية. هذا التوزع هو بصمة جاذبية الثقب الأسود، الذي يهيمن على منطقة يبلغ قطرها 2300 سنة ضوئية. هذه هي منطقته التأثيرية، ولأول مرة يتم رصدها على هذه المسافة الشاسعة.

كتلة الثقب الأسود في W2246–0526 تعادل كتلة حوالي 6.3 مليار شمس، ويمتد نطاق تأثيره على مسافة 2300 سنة ضوئية، أي ما يعادل المسافة من الشمس إلى أقرب نجم مضروبة في 500.

سابقًا، لم تُقاس الكتل الديناميكية للثقوب السوداء عند انزياحات حمراء أكبر من اثنين. في الكوازارات غير المعتمة، كان الإشعاع السيني يدمر خط [C ii]، وهو المؤشر الرئيسي لحركة الغاز، كما كان نطاق التأثير بعيدًا عن الرصد. أما W2246–0526 فقد كان هدفًا مثاليًا: غلاف غباري كثيف يحجب الأشعة السينية، محافظًا على خط الكربون. أظهرت النمذجة أن كتلة الثقب الأسود تبلغ 6.3±0.14×10⁹ كتلة شمسية، بينما تبلغ كتلة المجرة ضمن نصف قطر 1.31+0.34−0.39×10¹⁰ كتلة شمسية. نسبة إدينغتون هي 1.58±0.04، أي أن الثقب الأسود يلتهم المادة بسرعة تتجاوز الحد الذي يبدو أن ضغط الإشعاع يفرضه.

هذه النتيجة ليست مجرد رقم قياسي، بل تفتح الباب أمام اختبار إحصائي للطرق التجريبية لتقدير الكتل في الكون المبكر. إن توافق الكتلة الديناميكية مع التقدير المستند إلى خط Mg II يؤكد أن المعايرة تعمل مع الكوازارات فائقة السطوع. الآن، يمكن لعلماء الفلك استهداف عينة من الكوازارات المعتمة وجمع إحصاءات تُظهر ما إذا كانت الثقوب السوداء في الكون المبكر ضخمة حقًا مقارنة بمجراتها. الإجابة على هذا السؤال ستغير فهمنا للتطور المشترك للمجرات والثقوب السوداء.

كتلة الثقب الأسود في W2246–0526 تعادل كتلة حوالي 6.3 مليار شمس، ويمتد نطاق تأثيره على مسافة 2300 سنة ضوئية، أي ما يعادل المسافة من الشمس إلى أقرب نجم مضروبة في 500.

R_{\mathrm{SoI}} = \frac{G M_{\mathrm{BH}}}{\sigma^2}
نصف القطر الذي تهيمن فيه جاذبية الثقب الأسود على جاذبية المجرة؛ G هو ثابت الجاذبية، M_BH كتلة الثقب الأسود، σ تشتت سرعات النجوم أو الغاز.
\sigma(r) = \sqrt{\frac{2}{3} \frac{G [M_{\mathrm{BH}} + M_{\mathrm{Host}}(<r)]}{r}}
التشتت الداخلي للسرعات عند نصف القطر r؛ M_Host(<r) هي كتلة المجرة داخل نصف القطر r.
العلماء
Stephen HawkingJacob BekensteinFritz ZwickyJohn Archibald WheelerKarl SchwarzschildSubrahmanyan Chandrasekhar
المفاهيم
ثقب أسود متوسط الكتلة ثقب أسود فائق الكتلة نصف قطر شفارتزشيلد حد كتلة النجم النيوتروني نجم زائف محجوب متري شفارتسشيلد معامل اللف كرة فوتونية جاذبية سطحية قياس الطاقة المظلمة نجم زائف راديوي صاخب لف مغزلي فعال المدار الدائري المستقر الأعمق مقياس كير جي دبليو 190814 توتر هابل حد شاندراسيخار