عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
رسم توضيحي لثقب أسود فائق الضخامة محاطًا بالغاز والغبار الذي يتغذى عليه لمساعدته على النمو. | مصدر الصورة: روبرت ليا (تم الإنشاء باستخدام Canva)/وكالة ناسا
يعتقد العلماء أنه في قلب كل المجرات الكبيرة تكمن ثقوب سوداء هائلة الحجم، وهي جبابرة كونية ذات كتل تعادل ملايين أو حتى مليارات الشموس. ومع ذلك، فإن بعض الثقوب السوداء تتجاوز هذه الكتل الهائلة لتصبح “ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة”.
أضخم ثقب أسود نعرفه حاليًا هو العنقاء A، الذي يقع في قلب عنقود العنقاء، وهو أحد أضخم العناقيد المكتشفة على الإطلاق. تقع على بعد 5.8 مليار سنة ضوئية، وتقدر كتلة العنقاء A بـ 100 مليار صنز. هناك ثقب أسود عملاق آخر هو Tonantzintla 618 (Ton 618)، ويقع على بعد حوالي مليار سنة ضوئية وكتلته تعادل حوالي 66 مليار شمس.
مع وجود ثقوب سوداء هائلة الحجم مثل Phoenix A وTon 618، قد تتساءل عما إذا كان هناك حد لحجم الثقب الأسود.
لقد تساءل العلماء منذ فترة طويلة عن هذا الأمر أيضًا، ويعتقد فريق بقيادة بريامفادا ناتاراجان من قسم علم الفلك بجامعة ييل أنهم قد يمتلكون الإجابة.
وقال ناتاراجان لموقع Space.com: “لقد قمنا بتعريف الثقوب السوداء فائقة الكتلة على أنها ثقوب سوداء تزيد كتلتها عن 10 مليارات مرة كتلة الشمس”. “تُعرف الثقوب السوداء الهائلة بأنها تزيد كتلتها عن 10 ملايين مرة كتلة الشمس. لذا فإن الثقوب السوداء فائقة الكتلة ستكون، في المتوسط، أكبر بـ 10000 مرة من الثقوب السوداء فائقة الكتلة.”
التقط تلسكوب Event Horizon، وهو عبارة عن مجموعة من ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية تم إنشاؤها من خلال التعاون الدولي، هذه الصورة للثقب الأسود الهائل في وسط المجرة M87 وظلها.
أين يمكن اصطياد الثقوب السوداء فائقة الكتلة؟
قبل أن يتمكن العلماء من دراسة الثقوب السوداء فائقة الكتلة، عليهم أولاً تحديد أين تتجول هذه الألعاب الكونية الكبيرة. وأوضح ناتاراجان أن أحد الأدلة يأتي من حقيقة أن كتل الثقوب السوداء الهائلة المركزية تبدو مرتبطة بكتلة النجوم داخل المجرات التي تستضيفها. وبالتالي فإن المجرات التي تحتوي على عدد أكبر من النجوم، وبالتالي “الكتلة النجمية” الأكبر، يجب أن تستضيف ثقوبًا سوداء هائلة الكتلة.
وقال ناتاراجان: “تشير علاقة القياس هذه إلى وجود علاقة عميقة وعميقة بين كيفية نمو الثقوب السوداء وتكوين النجوم في المجرات المضيفة لها”.
لذلك، ينبغي للثقوب السوداء فائقة الكتلة ذات الكتل الأكثر وحشية أن تتواجد في المجرات الأكثر سطوعًا والتي تحتوي على معظم النجوم. وبالتالي فإن ألمع المجرات الموجودة في مركز مجموعات المجرات، والمعروفة باسم “المجرات المركزية الأكثر سطوعًا (BCGs)،” ستكون المرشحة المثالية لإيواء الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
وقال ناتاراجان: “لقد تم العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة حيث تنبأت نتائجنا بأننا يجب أن نبحث عن العثور عليها، في مراكز BCG القريبة. ما أدهشني هو كيف أن الثقوب السوداء من جميع الأحجام متناثرة في كل مكان في الكون”.
“يبدو أن المجرات تؤوي مجموعات متعددة من الثقوب السوداء، ثقب أسود فائق الكتلة أو ثقب أسود فائق الكتلة في المركز اعتمادًا على سطوع المجرة؛ مجموعة كاملة من كتل BH المتجولة التي ستكون خارج المركز وموزعة في كل مكان يمكن أن تتراوح كتلتها من الأسود الهائل وأضاف الفلكي أن الثقوب تصل إلى كتل أقل.
حلقة كبيرة برتقالية وحمراء متوهجة بجانب حلقة أصغر بكثير من نفس اللون
فلماذا يجب أن يكون هناك حد لكتلة الثقوب السوداء على الإطلاق؟
ألا يمكن لهؤلاء العمالقة الذين يهيمنون على المجرات أن ينمووا وينمووا وينمووا، مع الحدود الوحيدة الموضوعة عليهم هي كمية الغاز والغبار والنجوم المتاحة لهم ومقدار الوقت الذي كان عليهم “إطعامه”؟
اتضح أن هناك غطاء، والثقوب السوداء تفرض في الواقع حد النمو هذا على نفسها.
وأوضح ناتاراجان: “وفقًا للحجج النظرية التي قدمناها، فإن الثقوب السوداء الهائلة تعيق نموها”. “هذا هو التسلسل الذي نتوقع حدوثه: يتدفق الغاز إلى مركز المجرة لتغذية الثقب الأسود الهائل. ومع ذلك، ليس كل الغاز يصل إلى أفق الثقوب السوداء الهائلة ويتراكم. بل يدخل جزء صغير منه، والباقي تقطره الثقوب السوداء، فهي أكلة فوضوية للغاية!”
قرص من الدخان الأحمر مع قرص أزرق لامع في مركزه
يتم تفجير جزء الغاز الذي لا يسقط في الثقب الأسود بعيدًا على شكل تدفقات قوية وسريعة الحركة أو “نفاثات فيزيائية فلكية”، والتي يمكن أن تمتد لعشرات السنوات الضوئية خارج المجرة المضيفة.
تصطدم هذه التدفقات في النهاية بالغاز بعيدًا عن مصدر الثقب الأسود الموجود في المجرة المحيطة، مما يؤدي إلى تسخينه وتحويله والتأثير بشكل مباشر على ولادة النجوم في تلك المجرة. وذلك لأن النجوم تتشكل عندما تبرد وتتكثف سحب الغاز والغبار. وأوضح ناتاراجان أن الطائرات تمنع تكوين النجوم عن طريق تسخين هذا الغاز ومنعه من التكثيف.
يؤدي عمل هذه النفاثات أيضًا إلى دفع الغاز بعيدًا عن المنطقة المركزية للمجرة، مما يؤدي إلى قطع “مصدر الغذاء” للمواد المتدفقة إلى الثقب الأسود المركزي وبالتالي التدفقات الخارجية ذاتية التنظيم. وهذا يعني أن هناك حلقة تغذية مرتدة طبيعية لنمو الثقب الأسود.
وقال ناتاراجان إنه مع عدم وجود فرصة لتدفق الغاز إلى المنطقة الوسطى من بقية المجرة، بمجرد استهلاك الغاز الموجود في المناطق الداخلية للمجرات بالكامل، يتعطل نمو الثقب الأسود، ويتوقف نموه.
ثلاث دوائر سوداء ذات حجم تنازلي محاطة بدخان أبيض على خلفية سوداء
وبالنظر إلى الطرق التي تنمو بها الثقوب السوداء ونظام التغذية المرتدة الطبيعي الذي يبدو أنه يقطع إمداداتها الغذائية ويعوق نموها، فإن الحد الأقصى للثقوب السوداء فائقة الكتلة سيكون حوالي 100 مليار كتلة شمسية، وفقًا لناتاراجان.
وهذا يعني أنه إذا كان ناتاراجان وزملاؤه على حق، فإن العنقاء A قد لا يكون مجرد أضخم ثقب أسود اكتشفناه على الإطلاق – بل قد يكون أيضًا أكبر ثقب أسود يمكننا اكتشافه أبدًا كشف، لأنه يقع مباشرة على هذا الحد.
قصص ذات صلة:
– 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
– كيف يمكن لكوازارين في فجر التاريخ أن يكونا بمثابة حجر رشيد للكون المبكر
لم تنته ناتاراجان وفريقها من الثقوب السوداء، لكنهم يحولون تركيزهم إلى أمثلة أقل إثارة للاهتمام من هؤلاء العمالقة الكونيين.
يريد الفريق دراسة الثقوب السوداء التي تتراوح كتلتها بين الثقوب السوداء فائقة الكتلة والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. أعضاء هذه المجموعة الأخيرة أثقل من الشمس بحوالي 100 مرة، ويتشكلون من خلال انهيارات النجوم الضخمة في نهاية حياتهم. تُعرف الفئة المثيرة للاهتمام بين الكتلة الفائقة والكتلة النجمية باسم “الثقوب السوداء متوسطة الكتلة”، وقد ثبت أنها بعيدة المنال بالنسبة لعلماء الفلك الذين يطاردونها.
واختتم ناتاراجان حديثه قائلاً: “الخطوة التالية هي سد الفجوة بين الثقوب السوداء الهائلة والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية”. “يجب أن يكون هناك عدد كبير من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة التي تتراوح كتلتها ما بين 1000 إلى 10000 مرة كتلة الشمس والتي بدأنا الآن فقط في اكتشافها ببطء.”
تم نشر بحث الفريق على موقع مستودع الأوراق arXiv.