نبه ثقب أسود فائق الضخامة علماء الفلك إلى نوع جديد تمامًا من سلوك الثقب الأسود.
في عام 2020، اندلع فجأة ثقب أسود كان هادئًا سابقًا في قلب مجرة تبعد حوالي 800 مليون سنة ضوئية عن الأرض، وبكتلة تعادل 50 مليون شمس، مما أدى إلى سطوع المادة المحيطة به بعامل قدره 1000.
يعتقد فريق من الباحثين أن هذه الانفجارات الدورية ناتجة عن ثقب أسود ثانٍ أصغر يصطدم بقرص من الغاز والغبار، أو “قرص التراكم”، المحيط بالثقب الأسود الهائل، مما يتسبب في “فواق” المادة بشكل متكرر.
تتحدى النتائج الصورة التقليدية لكيفية عمل أقراص تراكم الثقب الأسود. في السابق، كان العلماء يعتقدون أنها عبارة عن أقراص موحدة من الغاز والغبار تدور حول ثقب أسود مركزي. ومع ذلك، تشير النتائج الجديدة إلى أن بعض الأقراص التراكمية يمكن أن تحتوي على مكونات غريبة، مثل النجوم وحتى الثقوب السوداء الثانوية الأصغر.
متعلق ب: اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقبًا أسود هائلًا “أحمر للغاية” ينمو في الكون المبكر
“هذا وحش مختلف. لا يتناسب مع أي شيء نعرفه عن هذه الأنظمة. كنا نظن أننا نعرف الكثير عن الثقوب السوداء، لكن هذا يخبرنا أن هناك الكثير من الأشياء التي يمكنهم القيام بها،” كما قال عضو فريق الدراسة ديراج. وقال “دي جي” باشام، العالم في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان.
وأضاف باشام: “نعتقد أنه سيكون هناك العديد من الأنظمة مثل هذه، ونحتاج فقط إلى جمع المزيد من البيانات للعثور عليها”.
صيد نظام الثقب الأسود “الوحش المختلف”.
تم إبلاغ الفريق في البداية بشأن هذا الثقب الأسود أثناء فحص البيانات من المسح الآلي لجميع السماء للمستعرات الأعظم (ASAS-SN)، وهي شبكة مكونة من 20 تلسكوبًا حول العالم تقوم بمسح السماء بأكملها فوق الأرض مرة واحدة يوميًا.
بينما كان ASAS-SN يقوم بمسح السماء تلقائيًا في ديسمبر 2020، شاهدت التلسكوبات الآلية دفقة من الضوء في منطقة هادئة حتى الآن من السماء تحتوي على مجرة تقع على بعد حوالي 800 مليون سنة ضوئية. طارد باشام هذا التوهج باستخدام مستكشف التركيب الداخلي للنجم النيوتروني (NICER)، وهو تلسكوب الأشعة السينية التابع لناسا والموجود على محطة الفضاء الدولية (ISS).
لم يتبق أمام باشام سوى وقت قصير لاستخدام التلسكوب الموجود في محطة الفضاء الدولية، والذي يُستخدم لمطاردة الكون بحثًا عن انفجارات الأشعة السينية التي تنطلق من النجوم النيوترونية والثقوب السوداء وغيرها من ظواهر الجاذبية الشديدة، مما يعني أنه كان عليه التصرف بسرعة والحصول على محظوظ.
قال باشام: “كان الأمر إما أن أستخدمه أو أخسره، وتبين أنه كان حظي الأسعد”.
ورأى الباحث أن هذه المجرة مستمرة في التوهج، حيث استمر انفجارها نحو أربعة أشهر. وفي عمليات رصد NICER لهذا التوهج، اكتشف باشام نمطًا غريبًا من الانخفاضات الدقيقة في الأشعة السينية وطاقة الانفجار كل 8.5 أيام. تشبه الإشارة تقريبًا انخفاض الضوء الناتج عن عبور كوكب خارج المجموعة الشمسية أو “عبور” وجه نجمه، مما يحجب ضوء النجوم لفترة وجيزة.
وأضاف باشام: “كنت في حيرة من أمري بشأن ما يعنيه هذا، لأن هذا النمط لا يتناسب مع أي شيء نعرفه عن هذه الأنظمة”.
متعلق ب: 7 طرق لاكتشاف الكواكب الغريبة
تم تخفيف ارتباك باشام عندما وجد بحثًا يشير إلى أن ثقبًا أسود هائلًا في قلب المجرة يمكن أن يدور حوله ثقب أسود متوسط الكتلة، وهو ثقب أسود كتلته تتراوح بين 100 إلى 10000 مرة كتلة الشمس.
من الممكن أن يدور هذا الثقب الأسود الأصغر حول نظيره الأكبر بطريقة تدخل وتخرج من القرص التراكمي للثقب الأسود الهائل. وبينما يخترق هذا الغاز والغبار، يطلق الثقب الأسود الأصغر عمودًا من الغاز. كل غطسة من شأنها أن تخلق عمودًا آخر، ومن هنا النمط الدوري لهذه “الفواق”.
إذا تم توجيه تلك الأعمدة نحو الأرض، فيمكن رؤيتها على أنها انخفاض مفاجئ في الطاقة من النظام المتأثر حيث يتم حجب الضوء الصادر من القرص التراكمي بشكل دوري، تمامًا كما هو الحال مع ضوء النجوم من خلال كوكب خارجي عابر.
وأضاف باشام: “لقد كنت متحمسًا جدًا لهذه النظرية، وأرسلت لهم على الفور بريدًا إلكترونيًا لأقول لهم: “أعتقد أننا نلاحظ بالضبط ما تنبأت به نظريتك”.”
وقد دفع هذا مؤلفي هذا البحث الأولي إلى إنشاء عمليات محاكاة تتضمن بيانات NICER. وأكد هؤلاء أن إشارة الـ 8.5 يومًا المرصودة من المحتمل أن تكون نتيجة ثقب أسود صغير يخترق القرص التراكمي لرفيقه الثقب الأسود الأكبر حجمًا.
ما الذي تسبب في زوبعة الثقب الأسود الهائل؟ الكثير من السباغيتي
لا يزال هذا لا يفسر سبب انفجار الثقب الأسود الهائل فجأة، ولكن فقط سبب خفوت هذا الانفجار بشكل دوري. يعتقد الفريق أن هذا الثقب الأسود قد نشأ إلى الحياة لأن نجمًا تجول مؤخرًا بالقرب من حدوده الخارجية أو “أفق الحدث”.
من شأن تأثير الجاذبية الهائل للثقب الأسود الهائل أن يولد قوى مد هائلة عند اقتراب النجوم، مما يؤدي إلى تمديدها عموديًا وسحقها أفقيًا، في عملية تسمى “المعكرونة”. سيؤدي هذا إلى تمزيق النجم في حدث اضطراب المد والجزر، مما يتسبب في انفجار قوي للضوء وتدفق مفاجئ للمادة التي سطع القرص التراكمي.
في حالة المجرة المرصودة حديثًا، يبدو أن المادة المضافة غذت الثقب الأسود الهائل لمدة أربعة أشهر، وهي مدة الانفجار، ويعني أيضًا أنه عندما يغوص الثقب الأسود الثانوي الأصغر خلال هذه المادة، فإنه يرسل عمودًا أكبر من المادة. الغاز من المعتاد.
وقال باشام: “إننا نرى أدلة على وجود أجسام تدخل عبر القرص بزوايا مختلفة، وهو ما يتحدى الصورة التقليدية للقرص الغازي البسيط حول الثقوب السوداء”. “نعتقد أن هناك عددًا كبيرًا من هذه الأنظمة هناك.”
قصص ذات الصلة:
– يُطلق الثقب الأسود العملاق للمجرة M87 نفاثات بسرعة الضوء تقريبًا
– الثقب الأسود مصاص الدماء هو “مسرع الجسيمات الكونية” الذي قد يحل لغزًا طويل الأمد في علم الفلك
– أول ثقب أسود تم تصويره على الإطلاق من قبل البشر يحتوي على مجالات مغناطيسية ملتوية والعلماء يشعرون بسعادة غامرة
ريتشارد ساكستون هو عالم فلك للأشعة السينية من المركز الأوروبي لعلم الفلك الفضائي في مدريد ولم يشارك في البحث. وقال إن النتائج الجديدة، والتقنية المستخدمة للوصول إليها، يمكن أن تساعد في نهاية المطاف علماء الفلك على فهم أفضل للثقوب السوداء الهائلة والبيئات الغريبة التي تعيش فيها.
وقال ساكستون في بيان: “تظهر هذه النتيجة أن الثقوب السوداء الثنائية القريبة للغاية يمكن أن تكون شائعة في نوى المجرة، وهو تطور مثير للغاية لكاشفات موجات الجاذبية المستقبلية”. “هذا مثال رائع لكيفية استخدام الحطام الناتج عن نجم معطل لإضاءة الجزء الداخلي من نواة المجرة التي كانت ستظل مظلمة لولا ذلك. إنه يشبه استخدام صبغة الفلورسنت للعثور على تسرب في أنبوب.”
نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (27 مارس) في مجلة Science Advances.