اكتشف علماء الفلك كيف تقوم بعض النجوم المحتضرة بطرد الثقوب السوداء الناشئة من الرحم، وهذا ليس بالأمر الجميل.
وجدت دراسة جديدة أن هذه الثقوب السوداء النادرة تحصل على دفعة كبيرة عندما تموت نجومها الأم في انفجار كارثي، مما يؤدي إلى إطلاق شره الجاذبية حديثي الولادة بسرعات لا تصدق.
يمكن أن تسلط النتائج الضوء على اللحظات الأولى الغامضة من حياة الثقب الأسود.
تولد الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية في قلوب النجوم المحتضرة الضخمة. عندما تكون النجوم التي تبلغ كتلتها ثمانية أضعاف كتلة الشمس على الأقل في نهاية حياتها، فإنها تقوم بدمج الحديد في قلبها. وتحول الضغوط الشديدة تلك النواة الحديدية إلى نجم نيوتروني أولي، وهو عبارة عن كتلة من النيوترونات بحجم مدينة تقريبًا. يمكن لهذا التكتل أن يوقف مؤقتًا انهيار الجاذبية لبقية النجم. وفي المقابل، عادةً ما يؤدي هذا التوقف إلى انفجار مستعر أعظم. لكن الضغوط يمكن أن ترتفع أحيانًا في قلوب تلك الانفجارات، مما يؤدي إلى تحطيم ذلك النجم النيوتروني الأولي إلى ثقب أسود.
متعلق ب: 12 من أكثر اكتشافات الثقوب السوداء إثارة لعام 2023
ما سيحدث بعد ذلك هو تخمين أي شخص. لقد قامت نماذج الكمبيوتر السابقة للمستعرات الأعظم بمحاكاة أقل من ثانية فقط من تلك العملية، وهو ما يكفي لالتقاط الانفجار نفسه. وتشير ملاحظات الثقوب السوداء الحقيقية والنجوم النيوترونية إلى جميع أنواع الفيزياء غير التقليدية. تتحرك بعض النجوم النيوترونية بسرعة تزيد عن 3.4 مليون ميل في الساعة (5.4 مليون كم/ساعة)، مما يشير إلى أنها طُردت بعنف أثناء عملية الانفجار، بينما يتحرك البعض الآخر أبطأ 30 مرة، مما يشير إلى أن عملية ولادة أكثر هدوءًا.
من ناحية أخرى، تتمتع الثقوب السوداء دائمًا بسرعات منخفضة، على الرغم من أن ظروف إنشائها أكثر عنفًا.
قام فريق من علماء الفلك بتوضيح فترة الولادة الصعبة للثقوب السوداء والنجوم النيوترونية من خلال تشغيل 20 محاكاة حاسوبية للمستعرات الأعظم. استمرت عمليات المحاكاة لفترة كافية لإظهار كيف تم “ركل” كل جسم من قبل نجمه الأم. نُشرت أعمالهم في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv في 20 نوفمبر وتم تقديمها إلى مجلة الفيزياء الفلكية لمراجعة النظراء.
اكتشف علماء الفلك علاقة وثيقة بين خصائص النجم الأم قبل الانفجار (المعروف باسم “السلف”) والنجم النيوتروني أو الثقب الأسود الناتج. عندما لا يكون النجم الأم ضخمًا جدًا وغير مضغوط جدًا – مما يعني أن طبقاته الخارجية تتضخم بالنسبة إلى قلبه – يحدث المستعر الأعظم فجأة جدًا وفي كرة مثالية تقريبًا، مما يؤدي إلى نجم نيوتروني بطيء الحركة.
من ناحية أخرى، فإن السلفيات الضخمة والمدمجة تستغرق وقتًا أطول لتتحول إلى مستعر أعظم، وعندما تحدث الانفجارات، فهي غير متماثلة تمامًا. وينتج عن ذلك نجم نيوتروني سريع الحركة يخرج من الفوضى. ووجد الباحثون أيضًا أن النجوم النيوترونية الأكبر حجمًا تميل إلى التعرض للركل بقوة أكبر، مما يعني أن المزيد من كتلة السلف المدمجة في القلب ينتهي بها الأمر في نجم نيوتروني.
ترسل الأسلاف أيضًا النجوم النيوترونية إلى الدوران، ووجد الباحثون أنه، بشكل عام، كلما زادت الركلة، زاد الدوران. لذا، إذا انفجر النجم السلف بشكل غير متماثل، فإن الانفجار غير المنتظم لا يدفع النجم النيوتروني للخارج فحسب، بل يدوره أيضًا. قد يفسر هذا أصول النجوم المغناطيسية، وهي نجوم نيوترونية فائقة المغناطيسية تدور بسرعة.
تشرح آليتان للتشكل كيفية ركل الثقوب السوداء. في إحدى الحالات، لم ينفجر السلف بالكامل، لكن الضغط على النواة يتصاعد إلى النقطة التي يتشكل فيها الثقب الأسود. هذه الثقوب السوداء كبيرة نوعًا ما – حوالي 10 كتلة شمسية في المتوسط – ولا تكاد تتعرض للركل. وتقع معظم الثقوب السوداء ضمن هذه الفئة.
قصص ذات الصلة:
– قد يكمن دخيل “خارج المجرة” بين النجوم التي تدور حول الثقب الأسود في درب التبانة
– هل يمكن للنجوم أن تتشكل حول الثقوب السوداء؟
– هل يوجد ثقب أسود عالق داخل الشمس؟ لا، ولكن هذا هو سبب تساؤل العلماء
لكن الثقوب السوداء يمكن أن تتشكل أيضًا عبر مسار ثانٍ. في بعض الحالات، ينفجر النجم السلف بالكامل ويحمل كتلة كبيرة، تاركًا وراءه ثقبًا أسود أصغر حجمًا يبلغ حوالي ثلاثة أضعاف كتلة الشمس. ومن المثير للاهتمام أن هذه الثقوب السوداء تتلقى سرعات ركل مذهلة، تزيد عن 2.2 مليون ميل في الساعة (3.6 مليون كم/ساعة)، حسبما وجدت الدراسة. ومع ذلك، فإن هذه الثقوب السوداء سريعة الحركة نادرة جدًا.
يقيم البحث علاقة مهمة بين ما يمكننا ملاحظته (النجوم النيوترونية والثقوب السوداء التي تتحرك حول الكون) وما لا يمكننا ملاحظته (أي تفاصيل عملية الانفجار السلفي نفسها). ومن خلال مسح خصائص النجوم النيوترونية والثقوب السوداء، سيتمكن علماء الفلك من العمل على رسم صورة كاملة لدورة حياة النجوم.
نشرت أصلا على لايف ساينس.كوم.