تم العثور على ثقبين أسودين هائلين في “المجرات الأحفورية” الناتجة عن الاصطدام، وهما ضخمان للغاية لدرجة أنهما يرفضان الاصطدام والاندماج. يمكن لهذا الاكتشاف أن يفسر لماذا، على الرغم من توقع حدوث اندماجات للثقوب السوداء الهائلة من الناحية النظرية، إلا أنه لم يتم ملاحظتها مطلقًا.
يقع نظام الثقب الأسود الهائل في المجرة الإهليلجية B2 0402+379. ويبلغ كتلة الثقبين الأسودين معًا 28 مليار أكبر بمرتين من حجم الشمس، مما يجعله أضخم ثقب أسود ثنائي تمت رؤيته على الإطلاق. ليس هذا فحسب، بل إن المكونات الثنائية لهذا النظام هي الأقرب في زوج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة، ويفصل بينهما 24 سنة ضوئية فقط.
هذا هو الثقب الأسود الثنائي الوحيد الذي تم حله بتفاصيل كافية لرؤية كلا الجسمين بشكل منفصل. ومن الغريب أنه في حين أن قرب الجسمين يشير إلى أنهما يجب أن يتصادما ويندمجا، إلا أنه يبدو أنهما كانا في نفس الرقصة المدارية حول بعضهما البعض لأكثر من 3 مليارات سنة.
متعلق ب: يقع أقرب زوج من الثقوب السوداء الهائلة للأرض في حطام اصطدام مجري
يعتقد الفريق الذي اكتشف الثنائي في البيانات التي جمعها تلسكوب جيميني نورث في هاواي أن الثقوب السوداء الهائلة تُمنع من الاندماج بسبب كتلتها الهائلة.
وقال روجر روماني، عضو الفريق وأستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد، في بيان: “في العادة، يبدو أن المجرات ذات أزواج الثقوب السوداء الأخف وزنا لديها ما يكفي من النجوم والكتلة لدفع الاثنين معا بسرعة”. “نظرًا لأن هذا الزوج ثقيل جدًا، فقد تطلب الأمر الكثير من النجوم والغاز لإنجاز المهمة. لكن الثنائي نظف المجرة المركزية من مثل هذه المادة، وتركها معطلة.”
زوجان من الثقوب السوداء الهائلة غير متوافقين… حتى الآن
B2 0402+379 عبارة عن “عنقود أحفوري” يمثل ما يحدث عندما تندمج مجموعة كاملة من النجوم والغاز في مجرة واحدة ضخمة. تشير الكتلة الهائلة للثقبين الأسودين الهائلين في قلبه إلى أن سلسلة من عمليات الاندماج بين الثقوب السوداء الأصغر حجمًا قد خلقتهما عندما التقت عدة مجرات في العنقود واندمجت معًا.
ويعتقد العلماء أن في قلب معظم المجرات، إن لم يكن كلها، يوجد ثقب أسود هائل كتلته تعادل ملايين أو مليارات الشموس. لا يمكن لنجم واحد أن ينهار ليولد مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة، لذلك يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تولد عبر سلاسل من الاندماجات بين الثقوب السوداء الأكبر والأكبر على التوالي.
عندما تتصادم المجرات نفسها وتندمج، يفترض العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوبها تتحرك معًا لتشكل اقترانًا ثنائيًا. أثناء دورانها حول بعضها البعض، تصدر هذه الثقوب السوداء تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية التي تحمل الزخم الزاوي بعيدًا عن الثنائي، مما يتسبب في دوران الثقوب السوداء معًا بشكل أوثق.
في نهاية المطاف، عندما تكون الثقوب السوداء قريبة بما فيه الكفاية من بعضها البعض، يجب أن تتولى جاذبيتها الجاذبية، وتتصادم الثقوب السوداء وتندمج تمامًا كما فعلت الثقوب السوداء التي اصطدمت لتكوينها. والسؤال هو: هل يمكن أن تكون بعض الثقوب السوداء فائقة الكتلة ضخمة جدًا بحيث يتوقف الاصطدام؟
من أجل فهم أفضل لهذا النظام من الثقب الأسود الثقيل، لجأ الفريق إلى البيانات الأرشيفية التي تم جمعها بواسطة جهاز Gemini Multi-Object Spectrograph (GSO) التابع لـ Gemini North. وهذا يتيح لهم تحديد سرعة النجوم الموجودة بالقرب من الثقبين الأسودين الهائلين، وبالتالي الكتلة الإجمالية لهذين الثقبين الأسودين.
وأضاف روماني: “لقد أتاحت لنا الحساسية الممتازة لنظام GMOS رسم خريطة للسرعات المتزايدة للنجوم عندما ننظر إلى مركز المجرة”. “وبهذا، تمكنا من استنتاج الكتلة الإجمالية للثقوب السوداء الموجودة هناك“.
اندماج متوقف
إن كتلة الثقبين الأسودين في النظام كبيرة جدًا لدرجة أن الفريق يعتقد أن الأمر سيتطلب عددًا كبيرًا بشكل استثنائي من النجوم حولهما لتقريب الثقبين الأسودين الهائلين من بعضهما البعض. ومع ذلك، أثناء حدوث ذلك، كانت الطاقة المتسربة من الثنائي تقذف المادة بعيدًا عن المناطق المجاورة لها.
وقد ترك هذا مركز B2 0402+379 خاليًا من النجوم والغاز بالقرب من الثنائي بما يكفي لاستخلاص الطاقة منه. ونتيجة لذلك، توقف تقدم هذين الثقبين الأسودين الهائلين تجاه بعضهما البعض مع اقترابهما من المراحل النهائية قبل الاندماج.
تعطي نتائج الفريق سياقًا مهمًا فيما يتعلق بتكوين الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة بعد عمليات اندماج المجرات، ولكنها تدعم أيضًا فكرة أن كتلة هذه الثنائيات جزء لا يتجزأ من منع الثقوب السوداء من أن تحذو حذوها.
الفريق غير متأكد حاليًا مما إذا كان هذان الثقبان الأسودان الهائلان في هذا الثنائي الأثقل الذي تم اكتشافه على الإطلاق سيتغلبان على هذا التوقف المؤقت للاندماج في النهاية، أو ما إذا كانا سيظلان في حالة من النسيان الاندماجي بشكل دائم.
وقال المؤلف الرئيسي للبحث والطالب الجامعي في جامعة ستانفورد، تيرث سورتي: “إننا نتطلع إلى متابعة التحقيقات في قلب B2 0402 + 379 حيث سننظر في كمية الغاز الموجودة”. “يجب أن يمنحنا هذا مزيدًا من التبصر حول ما إذا كانت الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تندمج في النهاية أم أنها ستظل عالقة كثنائية.”
إحدى الطرق التي يمكن من خلالها إيقاف هذه المواجهة الهائلة هي إذا اندمجت مجرة أخرى مع B2 0402 + 379، وبالتالي إلقاء المزيد من النجوم والغاز وثقب أسود آخر هائل في المزيج والإخلال بهذا التوازن الدقيق. ومع ذلك، فإن حقيقة أن B2 0402+379 هي مجرة أحفورية لم تتعرض للاضطراب لمليارات السنين تجعل هذا السيناريو محتملًا.
قصص ذات الصلة:
– تصادم الثقوب السوداء “حلقة” عبر الزمكان مع تموجات موجات الجاذبية
– يمكن للثقوب السوداء المتصادمة أن تختبئ في ضوء النجوم الزائفة فائقة السطوع
– تم رصد ثقبين أسودين مندمجين هائلين عند “الظهيرة الكونية” في بداية الكون
الشيء الوحيد الذي يؤكده هذا البحث هو مدى فائدة البيانات الأرشيفية من التلسكوبات مثل Gemini North، التي تقترن مع تلسكوب Gemini South الموجود على جبل في جبال الأنديز التشيلية لتشكيل مرصد الجوزاء الدولي، لعلماء الفلك.
وقال مارتن ستيل، مدير برنامج مؤسسة العلوم الوطنية لمرصد الجوزاء الدولي، إن “أرشيف البيانات الذي يخدم مرصد الجوزاء الدولي يحتوي على منجم ذهب من الاكتشافات العلمية غير المستغلة”. “تعد القياسات الجماعية لهذا الثقب الأسود الثنائي الهائل مثالًا مذهلاً للتأثير المحتمل من الأبحاث الجديدة التي تستكشف هذا الأرشيف الغني.”
ويتم نشر بحث الفريق في مجلة الفيزياء الفلكية.