الثقوب السوداء تغذي وتقتل النجوم في المجرات

تُطرح منذ عقود إحدى أكثر الأسئلة إثارةً للجدل في علم الفلك: هل الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرّات عاملٌ يُميت تشكّل النجوم أم عاملٌ يُغذّيه؟ دراسةٌ جديدة نُشرت يوم الاثنين 14 سبتمبر في مجلة The Astrophysical Journal تقدّم إجابةً أكثر تعقيداً ممّا كان متوقّعاً: الثقب الأسود يفعل الأمرين معاً، في آنٍ واحد وفي المجرّة ذاتها.

الفريق البحثي، بمشاركة باحثين من مركز الفيزياء الفلكية في جامعة هارفارد ومؤسسة سميثسونيان (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian)، رصد تسع مجرّات قريبة نسبياً تحتوي كلٌّ منها على نواةٍ مجرّية نشطة (AGN)، وهي المناطق شديدة السطوع والاضطراب المحيطة بثقبٍ أسود هائل يلتهم كمياتٍ كبيرة من الغاز والغبار. تتراوح كتل هذه الثقوب بين ملايين ومليارات كتلة الشمس، وهو مدىً هائل يعكس التنوّع الكبير في حجم هذه الأجرام حتى داخل الفئة الواحدة.

كيف تُعاد صياغة محيط الثقب الأسود؟

اعتمد الباحثون على التلسكوب الكبير جداً (Very Large Telescope) ومطياف الوحدة المتعددة (Multi Unit Spectroscopic Explorer)، وهما أداتان أوروبيتان متخصّصتان في الرصد الطيفي عالي الدقة، لدراسة الإشعاع والصدمات الناتجة عن الثقب الأسود وعمليات تشكّل النجوم في المجرّات التسع، وذلك بأبعادٍ ثلاثية سمحت برسم خريطةٍ مكانية دقيقة لهذه الظواهر بدلاً من الاكتفاء برصدها كنقاطٍ منفصلة.

Loading image...

كشفت هذه الخرائط عن نمطٍ ثابتٍ ومتكرّر: أقواسٌ وحلقاتٌ من تشكّل النجوم تمتدّ على مسافاتٍ تتراوح بين 2,600 و20,000 سنة ضوئية من مركز المجرّة، بينما تمتدّ مخاريط إشعاعية من قرص التراكم المحيط بالثقب الأسود نحو الخارج. أمّا الصدمات وهي موجاتٌ سريعة وقوية تنتج عن اصطدام طاقة الثقب الأسود بسحب الغاز بين النجوم فتتحرّك عبر المناطق المركزية وبشكلٍ عمودي على مخاريط الإشعاع، وربما تولّد نفاثاتٌ أقل قوةً صدماتٍ إضافية عبر رياحٍ صادرة عن الثقب الأسود نفسه.

يقول بيكسين تشو (Peixin Zhu)، الباحث في مركز الفيزياء الفلكية: "الظاهرة الأكثر إثارةً للاهتمام في الصدمات هي أنّها تتّجه دائماً بشكلٍ عمودي على المسار الذي تسلكه المواد المقذوفة من الثقب الأسود". ويضيف: "الأمر شائعٌ جداً، ونراه يتكرّر باستمرار عبر المجرّات التسع كلّها"، في إشارةٍ إلى أنّ هذا النمط ليس صدفةً إحصائية بل خاصيةً فيزيائية عامة لهذا النوع من الأنظمة.

الابتلاع والقذف: وجهان لعملةٍ واحدة

ما يُميّز هذه الدراسة ليس فقط رصد الأنماط الهندسية، بل ربطها بميكانيكية فيزيائية متكاملة. فأقراص التراكم وهي سُحبٌ مسطّحة ودوّامة من الغاز والغبار تحيط بالثقب الأسود تُنتج احتكاكاً هائلاً يُفسّر السطوع الشديد للنواة المجرّية النشطة. لكن ليست كل المادة تُبتلع؛ فالمادة غير المستهلكة تُوجَّه نحو قطبَي الثقب الأسود لتتشكّل منها نفاثاتٌ توأم من البلازما قد تمتدّ لآلاف السنين الضوئية، وتتفاعل مع الوسط بين النجمي المحيط بالمجرّة المضيفة.

يقول تشو: "بعد أن حلّلنا هذه الظواهر، تمكّنّا من رؤية أنّ الثقوب السوداء لا تكتفي بابتلاع المواد، بل تقذف موادّ أخرى أيضاً"، مضيفاً أنّ "عمليتَي الحقن والتراكم مرتبطتان ببعضهما البعض". هذا الترابط هو جوهر ما تُظهره الدراسة: تغذية الثقب الأسود وإخراجه للمادة ليسا حدثين منفصلين، بل دورةٌ واحدة متكاملة تُعيد تشكيل محيط المجرّة بأكملها.

Loading image...

من جهتها، تُلخّص ليزا كويلي (Lisa Kewley)، عضو الفريق البحثي في مركز الفيزياء الفلكية، الدلالة الأوسع للنتائج بقولها: "نحن نرى أنّ الثقوب السوداء لا تكتفي باستهلاك المواد في مراكز المجرّات، بل تُعيد تشكيل محيطها بفعالية". وتضيف: "هذا العمل يساعدنا على فهم دورة تغذيةٍ راجعة معقّدة تلعب دوراً مهماً في تطوّر المجرّات".

ماذا عن ثقبنا الأسود نحن؟

يضع الباحثون هذه النتائج في سياقٍ أوسع يشمل مجرّتنا درب التبانة. يُعتقد أنّ جميع المجرّات الكبيرة تحتضن ثقوباً سوداء هائلة في مراكزها، لكنّ هذه الثقوب لا تكون جميعها في حالة نشاطٍ مماثل. فالثقب الأسود في مركز مجرّتنا، المعروف باسم Sagittarius A*، يُعدّ خامداً نسبياً مقارنةً بالأنوية المجرّية النشطة التي درستها الدراسة؛ إذ يُقدَّر معدّل تغذيته بما يعادل على المقياس البشري حبّة أرزٍ واحدة كل مليون سنة، وهو تشبيهٌ يُبرز الفارق الهائل بين ثقبٍ نشط يُعيد تشكيل محيطه وآخر يكاد يكون ساكناً.

هذا التباين يفسّر جزئياً سبب الحاجة إلى دراسة مجرّاتٍ أخرى أكثر نشاطاً لفهم آليات التغذية الراجعة (feedback) التي طالما ارتبطت في الأدبيات العلمية بإنهاء عمليات تشكّل النجوم في المجرّات المضيفة. لكنّ العلماء اشتبهوا أيضاً، منذ فترة، في أنّ هذه التغذية الراجعة قد تحفّز تشكّل النجوم بدلاً من أن تُوقفه فحسب وهو الافتراض الذي تدعمه هذه الدراسة بأدلةٍ رصدية مباشرة عبر تسع مجرّات مختلفة، لا عبر حالةٍ واحدة يمكن اعتبارها استثناءً.

ما الذي يتغيّر في فهمنا لتطوّر المجرّات؟

القيمة العلمية لهذا العمل لا تكمن في اكتشاف ظاهرةٍ جديدة كلياً، بل في توثيق نمطٍ ثابتٍ ومتكرّر عبر عيّنةٍ من تسع مجرّات محلية باستخدام أدواتٍ رصدية دقيقة ثلاثية الأبعاد، وهو ما يمنح الفرضية القائلة بازدواجية دور الثقوب السوداء كمُدمّرٍ وكمُحفّزٍ للنجوم في آنٍ معاً أساساً تجريبياً أمتن ممّا كان متاحاً سابقاً. ويبقى السؤال المفتوح أمام الفريق البحثي هو كيفية تعميم هذا النمط الهندسي التعامد الثابت بين الصدمات ومسارات القذف على عيّناتٍ أكبر من المجرّات، وما إذا كان هذا التوازن الدقيق بين الابتلاع والقذف هو ما يحدّد، في نهاية المطاف، مصير المجرّات التي تحيط بثقوبٍ سوداء نشطة مقارنةً بأخرى خامدة كالتي تؤوي مجرّتنا.