ثقب أسود وُزن بعد 470 مليون سنة من الانفجار العظيم

كانت أشباه النجوم (الكوازارات) التي تغذيها ثقوب سوداء تبلغ كتلتها مليارات الكتل الشمسية موجودة بالفعل حين كان عمر الكون أقل من مليار سنة. وكيف نمت بهذا الحجم وبهذه السرعة لغز من ألغاز علم الفلك المفتوحة. وقد عثرت المسوح واسعة المجال على مئات من هذه الوحوش، لكن على ألمعها فقط.

غيّر تلسكوب جيمس ويب الفضائي الصورة. فهو قادر على رؤية نوى مجرية نشطة أخفت بكثير — أي مجرات يتغذى ثقبها الأسود المركزي — عبر التقاط خطوط الانبعاث العريضة: ضوء غاز يدور بسرعة هائلة قرب الثقب الأسود حتى تتلطخ خطوطه الطيفية — أي الألوان الدقيقة التي يبثها كل عنصر. والكثير من هذه الأجرام مصادر مدمجة شديدة الاحمرار في مظهرها، تُلقَّب «نقاط حمراء صغيرة» (Little Red Dots)، لا تزال طبيعتها موضع جدل.

بحث بلا طرق مختصرة

راجع شينغياو تساي (Xingyao Cai) وأكيو ك. إينوي (Akio K. Inoue) وماسافوسا أونوي (Masafusa Onoue) وزملاؤهم، انطلاقًا من جامعة واسيدا في طوكيو، الأطياف العامة في أرشيف DAWN JWST: 1,247 مصدرًا ذات مسافات مؤكدة بين الانزياح الأحمر 6 و10.3 — والانزياح الأحمر، ويُرمز له بـ z، يقيس مقدار ما مطّه تمدد الكون من ضوئها: كلما ارتفع، كان المصدر أبعد ورأيناه في زمن أقدم. لم ينتقوا مسبقًا بحسب اللون أو الحجم. وسألوا عن كل طيف: هل يلائمه نموذج فيه خط هيدروجين عريض أفضل من نموذج بدونه؟ فاجتاز الاختبار 66 مرشحًا.

أبعدها هو MoM-BL-z10، الذي رُصد ضمن برنامج «Mirage or Miracle»، عند انزياح أحمر z = 9.9837 — حين كان عمر الكون 470 مليون سنة فقط.

خط هيدروجين-بيتا العريض فيه، الذي يُبث ضوءًا مرئيًا أزرق مخضرًّا، يصلنا ممطوطًا نحو أحد عشر ضعفًا (1 + z) إلى نطاق الأشعة تحت الحمراء، عند 5.35 ميكرومتر، بعد حد القطع البالغ 5.3 ميكرومتر في المعالجة القياسية لويب مباشرة. ولم يكن مرئيًا إلا لأن معالجة بيانات الأرشيف تسترجع هذا الامتداد الإضافي من الطيف.

صور ويب لـ MoM-BL-z10 في سبعة مرشحات (أعلى) وطيفه، مع خط هيدروجين-بيتا العريض المُلاءَم على اليمين. — الشكل 1، Cai وآخرون (2026)، arXiv:2610.28735، CC BY 4.0.

وزن الثقب الأسود

رُصد الخط العريض بنسبة إشارة إلى ضجيج قدرها 3.87، وهي أعلى بقليل من عتبة 3 التي حددها الباحثون مسبقًا. فضوء الغاز المقبل نحونا ينزاح في اتجاه، وضوء الغاز المبتعد في الاتجاه الآخر (تأثير دوبلر)، ولذلك يُقاس عرض الخط على أنه مدى من السرعات: 3,480 كيلومترًا في الثانية (بارتيابات كبيرة: −950، +2,040). وتضع نسب خطوط أخرى، من النيون والأكسجين، هذا الجرم بين النوى النشطة لا بين المجرات العادية المكوِّنة للنجوم.

بالجمع بين سرعة الغاز وسطوع المصدر، الذي يحدد حجم المنطقة التي يأتي منها الضوء، نحصل على كتلة «فيريالية» (virial) — وهي أول تقدير من هذا النوع عند انزياح أحمر قدره 10:

• بالوصفة القياسية المستخدمة للكوازارات، نحو 36 مليون كتلة شمسية (3.6 × 10⁷، بين نحو 19 و94 مليونًا)، يتغذى بنسبة 11% من معدله الأقصى النظري، أي حد إدينغتون — السقف الذي يتجاوزه فيدفع ضوء المادة المتساقطة الغاز بعيدًا ويقطع عنه الغذاء؛
• وبوصفة مقترحة للنقاط الحمراء الصغيرة، وبافتراض أنه يتغذى بذلك المعدل الأقصى، نحو 2.1 مليون كتلة شمسية — أي أقل بـ17 مرة.

يبدو الجرم مدمجًا وله الألوان المتوقعة لنقطة حمراء صغيرة، لكن الباحثين يمتنعون عن تصنيفه كذلك بالبيانات الحالية.

أثقل مما ينبغي، وأبكر مما ينبغي

تتبّع الفريق كيف يمكن لثقب أسود كهذا أن ينمو، بدءًا من انزياح أحمر قدره 25، أي قبل وقت طويل من 470 مليون سنة التي يُرصد عندها. فانطلاقًا من بذرة خفيفة — بقايا نجم كتلته من 10 إلى 100 كتلة شمسية — يتطلب بلوغ 36 مليون كتلة شمسية معدلًا متوسطًا يقارب ضعف حد إدينغتون. أما بذرة ثقيلة كتلتها من 10,000 إلى 100,000 كتلة شمسية، ربما وُلدت من الانهيار المباشر لسحابة غازية، فيمكنها بلوغ ذلك وهي تتغذى عند الحد. وبمعدله المرصود البالغ 11%، ما كان ليبلغ هذا الحجم أبدًا: لا بد أنه أكل أسرع في الماضي.

تواريخ نمو محتملة: النجمة الصفراء (الكتلة القياسية) تقع حيث تحتاج البذور الخفيفة إلى تغذية تفوق حد إدينغتون وتكفي البذور الثقيلة. — الشكل 5، Cai وآخرون (2026)، arXiv:2610.28735، CC BY 4.0.

وحتى الكتلة الأدنى يظل بلوغها صعبًا انطلاقًا من بذرة نجمية تنمو عند الحد.

على حافة ما يستطيعه ويب

أصبح MoM-BL-z10 الآن أبعد نواة نشطة معروفة ذات خطوط عريضة، متجاوزًا CAPERS-LRD-z9 عند z = 9.29. ولم يُظهر مرشحان سابقان قرب الانزياح الأحمر 10، هما UHZ1 وGN-z11، خطًا عريضًا مرصودًا بشكل مؤكد قط. وبما أن خط الهيدروجين هنا يقع على الحافة القصوى لمطياف ويب، يرجّح الباحثون أن يكون الانزياح الأحمر 10 قريبًا من الحد العملي للعثور على ثقوب سوداء خافتة بهذه الطريقة. ويجري الإعداد لبحث أوسع، مع فهرس كامل.