باستخدام تلسكوب هابل الفضائي، اكتشف علماء الفلك أقرب ثقب أسود هائل إلى الأرض على الإطلاق، وهو عملاق كوني “متجمد في الزمن”.
وكمثال على “ثقب أسود متوسط الكتلة” يصعب اكتشافه، قد يكون هذا الجسم بمثابة حلقة مفقودة في فهم العلاقة بين الكتلة النجمية والثقوب السوداء الهائلة الكتلة. ويبدو أن الثقب الأسود له كتلة تبلغ نحو 8200 كتلة شمسية، مما يجعله أضخم بكثير من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية التي تتراوح كتلتها بين 5 إلى 100 ضعف كتلة الشمس، وأقل كتلة بكثير من الثقوب السوداء الهائلة الكتلة، والتي تبلغ كتلتها ملايين إلى مليارات كتلة الشمس. وأقرب ثقب أسود ذي كتلة نجمية اكتشفه العلماء يسمى Gaia-BH1، ويقع على بعد 1560 سنة ضوئية فقط منا.
من ناحية أخرى، يوجد الثقب الأسود متوسط الكتلة الذي اكتُشف حديثًا في مجموعة مذهلة تتألف من حوالي عشرة ملايين نجم تسمى أوميجا سنتوري، والتي تقع على بعد حوالي 18 ألف سنة ضوئية من الأرض.
ومن المثير للاهتمام أن حقيقة أن الثقب الأسود “المجمد” يبدو أنه أوقف نموه تدعم فكرة أن أوميجا سنتوري هي بقايا مجرة قديمة تم التهمها بواسطة مجرتنا.
متعلق ب: شاهد كيف يحتجز ثقب أسود فائق الكتلة قرصًا “زغبيًا” في هذه المحاكاة
وهذا يشير إلى أن أوميجا سنتوري هي في الواقع نواة مجرة صغيرة منفصلة توقف تطورها عندما ابتلعتها مجرة درب التبانة. ولو لم يحدث هذا الحدث، لربما نما هذا الثقب الأسود المتوسط إلى حالة هائلة الكتلة مثل الثقب الأسود الهائل الكتلة في مجرة درب التبانة، القوس أ* (Sgr A*)، الذي تبلغ كتلته 4.3 مليون مرة كتلة الشمس ويقع على بعد 27000 سنة ضوئية من الأرض.
البحث عن ما هو مفقود
لقد عرف العلماء منذ فترة أن الثقوب السوداء ليست كلها متساوية. ففي حين أن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية معروفة بأنها تتشكل من خلال انهيار النجوم التي تبلغ كتلتها ثمانية أضعاف كتلة الشمس على الأقل، فإن الثقوب السوداء الهائلة الكتلة لابد وأن يكون لها أصل مختلف. وذلك لأن أي نجم لا يمتلك القدر الكافي من الضخامة لينهار ويترك بقايا من هذا الثقب الأسود. ملايين بحجم الشمس مرات عديدة.
لذلك، يقترح العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة تولد وتنمو نتيجة اندماج سلاسل من الثقوب السوداء التي تتزايد أحجامها بشكل تدريجي. وقد ثبت ذلك من خلال اكتشاف تموجات في الزمكان، تسمى الموجات الثقالية، تنبعث من اندماج الثقوب السوداء.
إن عملية اندماج الثقوب السوداء ونموها، إلى جانب الفجوة الهائلة في الكتلة بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والثقوب السوداء الهائلة الكتلة، تعني أنه ينبغي أن يكون هناك عدد كبير من الثقوب السوداء متوسطة الحجم.
ومع ذلك، يبدو أن هذه الثقوب السوداء متوسطة الكتلة، التي تتراوح كتلتها بين بضع مئات إلى بضعة آلاف من كتلة الشمس، قد تجنبت في أغلب الأحيان اكتشافها. وذلك لأن هذه الثقوب السوداء العملاقة متوسطة الحجم، مثلها كمثل كل الثقوب السوداء، تتميز بحدود خارجية تسمى آفاق الحدث.
أفق الحدث هو النقطة التي يصبح عندها التأثير الجاذبي للثقب الأسود هائلاً لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الإفلات منه. وبالتالي، لا يمكن رؤية الثقوب السوداء في الضوء إلا إذا كانت محاطة بمادة تتغذى عليها، والتي تتوهج أثناء التسخين، أو تتمزق وتتغذى على نجم مؤسف في ما يسمى “حدث الاضطراب المدّي” (TDE).
الثقوب السوداء المتوسطة، مثل تلك الموجودة في أوميجا سنتوري، ليست محاطة بالكثير من المادة ولا تتغذى.
وهذا يعني أن علماء الفلك لابد وأن يكونوا ماهرين بعض الشيء عند البحث عن مثل هذه الثقوب السوداء. فهم يستخدمون التأثيرات الجاذبية التي تخلفها هذه الفراغات على المادة، مثل النجوم التي تدور حولها أو على الضوء الذي يمر عبرها. وقد استخدم فريق الاكتشاف الجديد الطريقة الأولى.
نجم مسرع
بدأ البحث عن هذا الثقب الأسود المتوسط في عام 2019 عندما صممت نادين نيوماير من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPIA)، وأنيل سيث من جامعة يوتا، مشروعًا بحثيًا لتحسين فهمنا لتاريخ تشكل أوميجا سنتوري.
على وجه الخصوص، أراد الباحثون، ومعهم ماكسيميليان هابرل، طالب الدكتوراه في معهد ماكس بلانك لعلوم الفضاء، العثور على نجوم سريعة الحركة في أوميجا سنتوري والتي من شأنها أن تثبت أن مجموعة النجوم بها ثقب أسود ضخم أو كثيف أو مضغوط “محرك مركزي”. وقد تم استخدام طريقة مماثلة لتحديد كتلة وحجم Sgr A* باستخدام مجموعة من النجوم سريعة الحركة في قلب مجرة درب التبانة.
استخدم هابرلي وفريقه أكثر من 500 صورة التقطها هابل لهذه المجموعة النجمية لبناء قاعدة بيانات ضخمة لحركات النجوم في أوميجا سنتوري، وقياس سرعات حوالي 1.4 مليون نجم. كانت هذه الصورة المتكررة لأوميجا سنتوري، والتي أجراها هابل ليس من باب الاهتمام العلمي بل لمعايرة أدواته، مجموعة البيانات المثالية لمهمة الفريق.
قال هابرلي: “كان البحث عن النجوم عالية السرعة وتوثيق حركتها بمثابة البحث عن إبرة في كومة قش”. وفي النهاية، لم يعثر الفريق على إبرة واحدة، بل على إبرة واحدة فقط. سبعة “نجوم تشبه الإبرة في كومة القش”، تتحرك جميعها بسرعات كبيرة في منطقة صغيرة في قلب أوميجا سنتوري.
إن السرعة الكبيرة لهذه النجوم ناجمة عن كتلة مركزة قريبة. ولو كان الفريق قد عثر على نجم سريع واحد فقط، لكان من المستحيل تحديد ما إذا كانت سرعته نتيجة لكتلة مركزية كبيرة وقريبة، أو ما إذا كان هذا النجم عبارة عن نجم هارب يتحرك بسرعة كبيرة في مسار مستقيم ـ في غياب أي كتلة مركزية.
وقد سمح رصد وقياس السرعات والاتجاهات المختلفة لسبعة نجوم بالتوصل إلى هذا الاستنتاج. وكشفت القياسات عن كتلة مركزية تعادل 8200 شمس، في حين لم تكشف عمليات التفتيش البصرية للمنطقة عن أي أجسام تشبه النجوم. وهذا هو بالضبط ما كان من المتوقع أن نجده في حالة وجود ثقب أسود في هذه المنطقة، التي حددها الفريق بأنها “أشهر ضوئية”.
إن حقيقة أن مجرتنا قد نضجت بما يكفي لتنمو في قلبها ثقب أسود فائق الكتلة تعني أنها ربما تجاوزت مرحلة امتلاك العديد من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة. ويقول الفريق إن هذا الثقب موجود في مجرة درب التبانة لأن أكل لحوم البشر لمجرتها الأصلية أدى إلى تقليص عمليات نموها.
وقال هابرلي: “لقد أثارت الدراسات السابقة أسئلة بالغة الأهمية مثل: أين توجد النجوم عالية السرعة؟ والآن لدينا إجابة على هذا السؤال وتأكيد على أن نجم أوميجا سنتوري يحتوي على ثقب أسود متوسط الكتلة. وعلى مسافة حوالي 18 ألف سنة ضوئية، يعد هذا أقرب مثال معروف لثقب أسود هائل”.
بالطبع، هذا لا يغير حقًا من وضع Sgr A* باعتباره أقرب ثقب أسود فائق الكتلة إلى الأرض، أو وضع Gaia BH1 باعتباره أقرب ثقب أسود ذو كتلة نجمية إلى الأرض – ولكنه يوفر بعض الطمأنينة بأن العلماء على المسار الصحيح عندما يفكرون في كيفية تحول ثقبنا الأسود المركزي إلى عملاق كوني في المقام الأول.
ونشرت أبحاث الفريق يوم الأربعاء (10 يوليو) في مجلة “نيتشر”.
More Stories
صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس يتوقف قبل إطلاقه ملياردير في مهمة خاصة
بقرة بحرية ما قبل التاريخ أكلها تمساح وسمكة قرش، بحسب حفريات
إدارة الطيران الفيدرالية تطلب التحقيق في فشل هبوط صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس