اكتشف الباحثون أن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة بعيدة المنال يمكن أن تتشكل في مجموعات نجمية كثيفة تحتوي على ما بين عشرات الآلاف إلى الملايين من النجوم المتراصة بإحكام والتي تسمى “العناقيد الكروية”.
أما الثقب الأسود متوسط الكتلة فتبلغ كتلته ما بين 100 إلى 10000 شمس. إنها أثقل من الثقوب السوداء ذات الكتلة الشمسية، والتي تتراوح كتلتها بين 10 إلى 100 كتلة شمسية، ولكنها أخف من الثقوب السوداء فائقة الكتلة، التي تعادل كتلتها الملايين أو حتى المليارات من الشموس.
وقد ثبت أن اكتشاف هذه الأجسام البينية الكونية بعيد المنال بالنسبة لعلماء الفلك، حيث تم العثور على المثال الأول في عام 2012. وقد تم تحديدها باسم GCIRS 13E، وتبلغ كتلتها 1300 مرة كتلة الشمس وتقع على بعد 26000 سنة ضوئية، باتجاه مركز مجرة درب التبانة. طريق.
أحد الألغاز المحيطة بالثقوب السوداء متوسطة الكتلة يتعلق بتكوينها. تولد الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية عندما تنهار النجوم الضخمة، وتنمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة من عمليات اندماج لاحقة لثقوب سوداء أكبر وأكبر. ومع ذلك، فإن النجم الهائل بما يكفي ليموت ويخلق ثقبًا أسودًا بآلاف الكتل الشمسية يجب أن يكون نادرًا بشكل لا يصدق ويجب أن يكافح من أجل الاحتفاظ بهذه الكتلة عندما “يموت”.
متعلق ب: الحق مرة أخرى، أينشتاين! يجد العلماء مكان “شلالات” المادة في الثقوب السوداء
للتحقيق في سر كيفية ظهور هذه الثقوب السوداء متوسطة الكتلة، أجرى فريق من الباحثين أول محاكاة على الإطلاق لمجموعات ضخمة من النجوم. أظهر هذا أن “عش ولادة” السحابة الجزيئية الكثيفة بما فيه الكفاية من العناقيد الكروية يمكن أن يخلق نجومًا ضخمة بما يكفي للانهيار وتوليد ثقب أسود متوسط الكتلة.
وقال قائد الفريق والعالم بجامعة طوكيو ميتشيكو فوجي في بيان: “تشير الملاحظات السابقة إلى أن بعض العناقيد النجمية الضخمة، والمجموعات الكروية، تستضيف ثقبًا أسود متوسط الكتلة”. “حتى الآن، لا يوجد دليل نظري قوي يُظهر وجود ثقب أسود متوسط الكتلة تتراوح كتلته بين 1000 إلى 10000 كتلة شمسية مقارنة بالثقوب الأقل ضخامة (الكتلة النجمية) والأكثر ضخامة (فائقة الكتلة).”
مكان ولادة فوضوي للثقوب السوداء
قد يستدعي مصطلح “عش الولادة” صورًا ومشاعر الدفء والراحة والهدوء، لكن هذا لا يمكن أن يكون أقل ملاءمة لتكوين النجوم في العناقيد الكروية.
تعيش هذه التجمعات النجمية المكتظة بكثافة في حالة من الفوضى والاضطراب، مع وجود اختلافات في الكثافة مما يتسبب في اصطدام النجوم واندماجها. وتؤدي هذه العملية إلى تراكم كتلة النجوم، مما يؤدي إلى زيادة تأثيرات جاذبيتها، وسحب المزيد من النجوم إلى جوارها، وبالتالي يؤدي إلى المزيد والمزيد من عمليات الاندماج.
يمكن أن تؤدي عملية الاصطدام والاندماج الجامحة التي تحدث في قلوب العناقيد الكروية إلى إنشاء نجوم ذات كتل تعادل حوالي 1000 شمس. وهذه كتلة كافية لإنشاء ثقب أسود متوسط الكتلة، ولكن هناك عقبة.
يعرف علماء الفيزياء الفلكية أنه عندما تنهار النجوم لتشكل ثقوبًا سوداء، فإن جزءًا كبيرًا من كتلتها ينفجر في انفجارات المستعرات الأعظم أو الرياح النجمية. وقد أكدت عمليات المحاكاة السابقة لإنشاء ثقب أسود متوسط الكتلة هذا الأمر، مما يشير أيضًا إلى أنه حتى النجوم الضخمة التي تبلغ كتلتها 1000 كتلة شمسية سينتهي بها الأمر أصغر من أن تتمكن من إنشاء ثقب أسود متوسط الكتلة.
لاكتشاف ما إذا كان النجم الضخم يمكنه “البقاء” بكتلة كافية لولادة ثقب أسود متوسط الكتلة، قام فوجي وفريقه بمحاكاة كتلة كروية أثناء تشكلها.
وقال فوجي: “لقد نجحنا، لأول مرة، في إجراء عمليات محاكاة عددية لتكوين العناقيد الكروية، ونمذجة النجوم الفردية”. “من خلال تحليل النجوم الفردية بكتلة واقعية لكل منها، يمكننا إعادة بناء تصادمات النجوم في بيئة مكتظة بإحكام. ولعمليات المحاكاة هذه، قمنا بتطوير كود محاكاة جديد يمكننا من خلاله دمج ملايين النجوم بدقة عالية.”
في محاكاة العنقود الكروي، أدت الاصطدامات والاندماجات الجامحة إلى تكوين نجوم ضخمة للغاية يمكنها الاحتفاظ بكتلة كافية للانهيار وولادة ثقب أسود متوسط الكتلة.
ووجد الفريق أيضًا أن المحاكاة تنبأت بنسبة الكتلة بين الثقب الأسود متوسط الكتلة والكتلة الكروية التي يتشكل بداخلها. وتبين أن هذه النسبة تتطابق مع الملاحظات الفلكية الفعلية.
قصص ذات الصلة:
– يمكن تكديس نجوم “غرافاستارز” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
– الصورة الثانية لأول ثقب أسود على الإطلاق تؤكد النسبية العامة لأينشتاين (صورة)
– من المحتمل أن يكون الثقب الأسود الهائل في مجرتنا المجاورة ضيفًا مهذبًا على العشاء
وأوضح فوجي: “هدفنا النهائي هو محاكاة مجرات بأكملها من خلال تحديد النجوم الفردية”. “لا يزال من الصعب محاكاة مجرات بحجم درب التبانة من خلال تحديد النجوم الفردية باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة المتوفرة حاليًا. ومع ذلك، سيكون من الممكن محاكاة المجرات الأصغر مثل المجرات القزمة.”
وتعتزم فوجي وفريقها أيضًا استهداف العناقيد النجمية التي تشكلت في الكون المبكر. وقالت: “المجموعات الأولى هي أيضًا أماكن يمكن أن تولد فيها ثقوب سوداء متوسطة الكتلة”.
نُشر بحث الفريق يوم الخميس (30 مايو) في مجلة Science.