يقول العلماء إن جميع النجوم التي لها رفاق في الثقب الأسود تموت بطريقة مروعة

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

لا يكون الموت بسبب الثقب الأسود أمرًا حتميًا دائمًا بالنسبة للنجوم الموجودة في الأنظمة الثنائية مع أحد هؤلاء العمالقة الكونيين.

قد تكون هناك طريقة للنجوم الصغيرة في مثل هذه الأنظمة لتفادي مصيرها المتوقع: المستعرات الأعظم العنيفة التي تنتهي بخلق ثقب أسود آخر. ويُعتقد أيضًا أن هذه الآلية المتوقعة ستحول النجوم الصغيرة إلى وجبات خفيفة لشركائها في الثقب الأسود.

يأتي هذا الاكتشاف بفضل نظامين ثنائيين غريبين للثقب الأسود اكتشفهما تلسكوب غايا الفضائي عالي الدقة لتتبع النجوم. تحتوي الأنظمة في الواقع على اثنين من أقرب الثقوب السوداء إلى الأرض.

يُطلق على الثقوب السوداء اسم BH1 وBH2، وتقع على بعد 1560 و3800 سنة ضوئية فقط من الأرض في اتجاه كوكبة الحواء. تحتوي الأنظمة التي يسكنون فيها على نجوم في مدارات واسعة لا يتغذى عليها رفاقهم من الثقب الأسود، ولا تزال في نفس مرحلة التطور مثل الشمس.

وهذا أمر استثنائي، إذ ليس من المفترض أن تنجو النجوم المرافقة من تحول نجمها الضخم إلى ثقب أسود. وذلك لأن التحول إلى ثقب أسود يكون عنيفًا ومضطربًا، حيث نرى النجوم الضخمة تنتفخ وتبتلع رفاقها قبل أن تنفجر وتضرب رفاقها الأصغر بمواد نجمية وطاقة كافية لتدميرهم أو طردهم خارج المدار. وهذا يعني أن النجوم الصغيرة المرافقة للثقوب السوداء يتم تدميرها أو التهامها أو قذفها بشكل عام.

يتم تحديد هذا المصير عمومًا من خلال تفاعلات مثل الانتقالات الجماعية بين النجوم الصغيرة المرافقة والنجوم الضخمة التي تولد الثقوب السوداء، أو “النجوم السلفية”، قبل وفاتها.

وقال المؤلف الرئيسي للبحث ماتياس كروكو لموقع Space.com: “لقد بحثنا في طريقة لتجنب تفاعل سلف الثقب الأسود مع رفيقه”.

هذه النتائج سوف تذهلك

مع كتل تبلغ حوالي 10 أضعاف كتلة الشمس، فإن النجوم التي ماتت لولادة الثقوب السوداء BH1 وBH2 كان من المفترض أن تكون كبيرة جدًا لدرجة أنها تفاعلت مع النجوم المرافقة لها الأصغر أثناء وفاتها.

ومع ذلك، إذا كان هذا هو الحال، فإن النجوم المرافقة لـ BH1 وBH2 يجب تم إجبارهم على الخروج من عمر التسلسل الرئيسي؛ وتمثل المرحلة 90% من عمر النجم، وخلالها يكون نجمًا عاديًا مثل الشمس يحرق الهيدروجين لتكوين الهيليوم في قلبه. ومع ذلك، يبدو أن النجوم المصاحبة لـ BH1 وBH2 ربما لا تزال في مرحلة التسلسل الرئيسي، على الرغم من أن هذا لا يزال غير واضح.

بالإضافة إلى ذلك، فإن نقل الكتلة بين النجوم المرافقة والنجوم التي ماتت لتكوين هذه الثقوب السوداء كان ينبغي أن يؤدي إلى تشديد مدارات هذه الأنظمة.

في هذه الحالات، تتطور الأنظمة مع وجود ثقوب سوداء في ثنائيات مع نجوم مصاحبة. ومع ذلك، في تلك الحالات، ستكون النجوم المرافقة في هذه المدارات الضيقة قريبة جدًا من الثقب الأسود لدرجة أن هذا العملاق الكوني سيبدأ في تجريد المواد النجمية منه. ومن شأن هذه المادة أن تشكل قرصًا من المادة حول الثقب الأسود يغذيه تدريجيًا.

تتسبب الجاذبية الهائلة للثقب الأسود في ظهور قوى مد هائلة في الأقراص المتراكمة، مما يسبب خيالًا وسخونة تؤدي إلى انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي، بما في ذلك الأشعة السينية.

وبالتالي، عادة ما يتم تحديد الثقب الأسود/النجوم الثنائية من خلال انبعاثات الأشعة السينية القوية. ومع ذلك، يفتقر نظاما BH1 وBH2 إلى توقيعات الأشعة السينية هذه.

لو كانت النجوم قريبة بدرجة كافية من شركائها من الثقوب السوداء، لكان من الممكن أن يتم سحقها وتقلصها إلى خيط من المعكرونة النجمية بسبب الجاذبية الهائلة وقوى المد والجزر المتولدة داخلها.

يُعرف هذا الموت بسبب “المعكرونة” والتهام المواد النجمية باسم “حدث اضطراب المد والجزر” أو “TDE”. ترتبط بانبعاثات الإشعاع الساطعة. ومرة أخرى، هذا شيء تجنبته النجوم حول BH1 وBH2.

لكن كيف؟

الجواب هو في مهب الريح

بعد تطور النجوم التي تزيد كتلتها عن كتلة الشمس بـ 80 مرة، توصل كروكو وفريقه إلى حل وآلية محتملة لبقاء النجوم الصغيرة حول الثقوب السوداء.

وأوضح كروكو أن مفتاح البقاء هو الرياح القوية التي تهب من النجوم الضخمة للغاية والتي تحتوي على تركيزات عالية من العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم، والتي يسميها علماء الفلك “المعادن”.

لا تساعد هذه الرياح فقط على منع حدوث انتقال الكتلة بين النجوم قبل تشكل الثقب الأسود، ولكنها تتسبب أيضًا في فقدان النجم السلف الضخم لكتلته وانكماشه. كما أن الرياح القوية القادمة من النجم الضخم تدفع النجم المرافق إلى مدار أوسع.

تساعد هذه العناصر على حماية النجم المرافق من الانجراف عندما يتحول رفاقه الضخمون إلى مستعر أعظم. تخلق نفس العوامل أيضًا مدارًا أوسع يمنع النجم من التعرض لموت مروع عبر TDE أو من أن يتغذى عليه رفيقه في الثقب الأسود.

حقيقة أن كلا من BH1 وBH2 لهما كتل متشابهة أشارت للفريق إلى أن كلا النظامين يتبعان نفس قناة التطور.

وقال كروكو: “كان من المفيد أن تكون الرياح في مراحل مختلفة من التطور النجمي مسؤولة عن الخصائص المختلفة لهذه الأنواع من الأنظمة الثنائية”.

كشفت جايا أيضًا عن نظام ثنائي ثالث للثقب الأسود، والذي كشف كروكو أنه يبدو أنه نوع مختلف من النظام.

وقال كروكو: “يختلف Gaia BH3 كثيرًا في العديد من الجوانب، ليس فقط في كتلته المختلفة، ولكن لدى الرفيق معدن مختلف، وهو أقل بكثير من Gaia BH1 وBH2”. “بالإضافة إلى ذلك، يرتبط Gaia BH3 بتيار من النجوم، والذي يُعتقد أنه بقايا عنقود نجمي.”

في حين أن هذه الرياح والثنائيات الواسعة التي تساعد الرياح على خلقها مفيدة لبقاء النجوم الصغيرة حول الثقوب السوداء، إلا أنها تشكل إلى حد ما عائقًا أمام علماء الفلك الذين يبحثون عن مثل هذه الأنظمة.

وأوضح كروكو أن هذا المدار الأوسع جعل من الصعب في البداية تأكيد وجود BH1 وBH2 كثنائيات، لأن علماء الفلك لم يتمكنوا إلا من مراقبة العناصر النجمية الشبيهة بالشمس بينما بقي شركاءهم من الثقب الأسود غير مرئيين.

وأضاف كروكو: “بالإضافة إلى ذلك، فإن الفترات الطويلة اللازمة لإعادة مراقبة النجم على مدى فترة طويلة لتغطية مداره الكامل. وهذا ضروري للتمييز بين الثنائيات والتحليق العشوائي”.

وأوضح الباحث أن جايا مصمم لصنع صور ذات دقة عالية للغاية، مما يعني أن مقارنة الصور تسمح لعلماء الفلك برؤية الحركة الصغيرة التي تقوم بها تلك النجوم البعيدة.

وقال كروكو: “في الوقت الحالي، هذه هي الطريقة الوحيدة لاكتشاف هذه الأنظمة الثنائية ذات الثقوب السوداء والنجوم الواسعة”.

قصص ذات صلة:

– يعلن الثقب الأسود عن نفسه لعلماء الفلك من خلال تمزيق نجم بعنف

— علماء الفلك يشهدون 18 ثقبًا أسودًا مفترسًا تمزق النجوم وتلتهمها

– يكشف مرصد ناسا للأشعة السينية كيف تبتلع الثقوب السوداء النجوم وتلفظ المادة

وقال كروكو: “لسوء الحظ، من غير المؤكد تمامًا مدى انتشار الأنظمة مثل تلك الموجودة في BH1 وBH2، لكننا نتوقع أن يكون لدينا مئات إلى الآلاف منها في مجرتنا”. “إن عدم اليقين يأتي من نقص المعرفة بالنجوم الضخمة للغاية التي تشكل الثقوب السوداء. خاصة عندما تكون تلك النجوم في ثنائيات.”

وعلى الرغم من عدم اليقين هذا، يتوقع الفريق أن يتمكن جايا من اكتشاف عدة بالمائة من هذه الثنائيات في درب التبانة.

واختتم كروكو حديثه قائلاً: “وهكذا، يمكننا أن نأمل في اكتشاف العشرات إلى المئات من خلال إصدارات البيانات القادمة من جايا”.

بحث الفريق متاح كطبعة أولية على موقع المستودع arXiv.