تحتوي مجرة درب التبانة على ثقب أسود كبير تم اكتشافه حديثًا، وهو يتربص بالقرب من الأرض! تم اكتشاف هذا العملاق النائم بواسطة التلسكوب الفضائي الأوروبي جايا، الذي يتتبع حركة مليارات النجوم في مجرتنا.
تنشأ الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية عندما ينفد وقود نجم كبير وينهار. ويعد الاكتشاف الجديد علامة فارقة، حيث يمثل المرة الأولى التي يتم فيها العثور على ثقب أسود كبير بهذا الأصل بالقرب من الأرض.
الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية، المسمى Gaia-BH3، أكبر بـ 33 مرة من شمسنا. كان الثقب الأسود الأضخم السابق من هذه الفئة والذي تم العثور عليه في مجرة درب التبانة عبارة عن ثقب أسود في ثنائي الأشعة السينية في كوكبة الدجاجة (Cyg X-1)، والذي تقدر كتلته بنحو 20 مرة ضعف كتلة الشمس. ويبلغ متوسط حجم الثقب الأسود النجمي في مجرة درب التبانة أثقل من الشمس بحوالي 10 مرات.
يقع Gaia-BH3 على بعد 2000 سنة ضوئية فقط من الأرض، مما يجعله ثاني أقرب ثقب أسود تم اكتشافه لكوكبنا على الإطلاق. أقرب ثقب أسود إلى الأرض هو Gaia-BH1 (الذي اكتشفه أيضًا Gaia)، والذي يقع على بعد 1560 سنة ضوئية. تبلغ كتلة Gaia-BH1 حوالي 9.6 مرة كتلة الشمس، مما يجعلها أصغر بكثير من هذا الثقب الأسود المكتشف حديثًا.
متعلق ب: منظر جديد للثقب الأسود الهائل في قلب درب التبانة يلمح إلى ميزة مخفية مثيرة (صورة)
“إن العثور على Gaia BH3 يشبه اللحظة في فيلم “The Matrix” حيث يبدأ Neo في “رؤية” المصفوفة،” جورج سيبروك، عالم في مختبر مولارد لعلوم الفضاء في جامعة كوليدج لندن وعضو في فريق عمل Gaia's Black Hole Task Force. قال في بيان أرسل إلى Space.com. “في حالتنا، “المصفوفة” هي مجموعة الثقوب السوداء النجمية الخاملة في مجرتنا، والتي كانت مخفية عنا قبل أن يكتشفها جايا.”
وأضاف سيبروك أن Gaia BH3 يعد دليلًا مهمًا لهذه المجموعة، لأنه أضخم ثقب أسود نجمي موجود في مجرتنا.
بالطبع، يعد Gaia-BH3 صغيرًا مقارنة بالثقب الأسود الهائل الذي يهيمن على قلب مجرة درب التبانة، Sagittarius A* (Sgr A*)، الذي تبلغ كتلته 4.2 مليون مرة كتلة الشمس. الثقوب السوداء فائقة الكتلة مثل Sgr A* لا تنشأ عن موت النجوم الضخمة، بل عن طريق اندماج ثقوب سوداء أكبر فأكبر تدريجيًا.
تسبب الثقب الأسود العملاق النائم في قيام رفيق نجمي برمي متذبذب
تتميز جميع الثقوب السوداء بحدود خارجية تسمى أفق الحدث، وعند هذه النقطة تتجاوز سرعة الهروب من الثقب الأسود سرعة الضوء. وهذا يعني أن أفق الحدث هو سطح أحادي الاتجاه لاحتجاز الضوء ولا يمكن لأي معلومات الهروب بعده.
ونتيجة لذلك، فإن الثقوب السوداء لا تبعث الضوء أو تعكسه، مما يعني أنه لا يمكن “رؤيتها” إلا عندما تكون محاطة بمواد تتغذى عليها تدريجياً. في بعض الأحيان، يعني هذا وجود ثقب أسود في نظام ثنائي يسحب المواد من نجم مرافق، مما يشكل قرصًا من الغاز والغبار حوله.
يؤدي تأثير الجاذبية الهائل للثقوب السوداء إلى توليد قوى مد وجزر مكثفة في هذه المادة المحيطة، مما يجعلها تتوهج بشكل ساطع مع المواد التي يتم تدميرها واستهلاكها، كما تنبعث منها الأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توجيه المادة التي لا يتغذى عليها الثقب الأسود إلى قطبيه، ثم يتم إطلاقها على شكل نفاثات ذات سرعة قريبة من الضوء، والتي تكون مصحوبة بانبعاث الضوء.
كل هذه الانبعاثات الضوئية يمكن أن تسمح لعلماء الفلك برصد الثقوب السوداء. والسؤال هو كيف يمكن اكتشاف الثقوب السوداء “الخاملة” التي لا تتغذى على الغاز والغبار المحيط بها؟ على سبيل المثال، ماذا لو كان للثقب الأسود ذو الكتلة النجمية نجم مرافق، لكن الاثنين منفصلان على نطاق واسع جدًا بحيث لا يستطيع الثقب الأسود انتزاع المادة النجمية من شريكه الثنائي؟
وفي مثل هذه الحالات، يدور الثقب الأسود والنجم المرافق له حول نقطة تمثل مركز كتلة النظام. وهذا هو الحال أيضًا عندما يدور حول نجم رفيق ضوئي، مثل نجم آخر أو حتى كوكب.
وينتج عن الدوران حول مركز الكتلة تذبذب في حركة النجم، وهو ما يراه علماء الفلك. نظرًا لأن جايا ماهر في قياس حركة النجوم بدقة، فهو الأداة المثالية لرؤية هذا التذبذب.
شرعت فرقة عمل Gaia's Black Hole في البحث عن تذبذبات غريبة لا يمكن تفسيرها بوجود نجم أو كوكب آخر، والتي تشير إلى رفيق أثقل، ربما ثقب أسود.
ومن خلال التركيز على نجم عملاق قديم في كوكبة أكويلا، التي تقع على بعد 1926 سنة ضوئية من الأرض، وجد الفريق تمايلًا في مسار النجم. يشير هذا التذبذب إلى أن النجم مقيد بحركة مدارية مع ثقب أسود خامل ذو كتلة عالية بشكل استثنائي. وتفصل بينهما مسافة تتراوح بين المسافة بين الشمس ونبتون في أوسعهما وبين نجمنا والمشتري في أقربهما.
وقال الباحث الرئيسي باسكوال بانوزو من المركز الوطني للأبحاث العلمية في مرصد باريس في فرنسا في بيان: “إنه وحيد القرن الحقيقي”. “هذا هو نوع الاكتشاف الذي تقوم به مرة واحدة في حياتك البحثية. حتى الآن، لم يتم اكتشاف ثقوب سوداء بهذا الحجم إلا في المجرات البعيدة من خلال التعاون بين LIGO-Virgo-KAGRA، وذلك بفضل ملاحظات موجات الجاذبية.”
متعلق ب: ما هي موجات الجاذبية؟
بفضل حساسية جايا، تمكنت فرقة عمل الثقب الأسود أيضًا من وضع قيود على كتلة Gaia-BH3، ووجدت أنها تمتلك 33 كتلة شمسية.
وقال تسيفي مازيه، العالم وعضو تعاون غايا في جامعة تل أبيب: “Gaia-BH3 هو أول ثقب أسود يمكننا قياس كتلته بدقة كبيرة”. “إن كتلة الجسم أكبر بـ 30 مرة من كتلة شمسنا، وهي نموذجية للتقديرات التي لدينا لكتلة الثقوب السوداء البعيدة جدًا التي تم رصدها من خلال تجارب موجات الجاذبية. توفر قياسات جايا أول دليل لا جدال فيه على ذلك [stellar-mass] الثقوب السوداء بهذا الثقل موجودة بالفعل.”
قصص ذات الصلة:
– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
ومع ذلك، لا بد أن يكون نظام Gaia-BH3 ذا أهمية كبيرة للعلماء لأكثر من مجرد قربه من الأرض وكتلة ثقبه الأسود.
النجم في هذا النظام هو نجم شبه عملاق يبلغ حجمه حوالي خمسة أضعاف حجم الشمس و 15 مرة سطوعها، على الرغم من أنه أكثر برودة وأقل كثافة من نجمنا. يتكون النجم المرافق Gaia-BH3 بشكل أساسي من الهيدروجين والهيليوم، وهما أخف عنصرين في الكون، ويفتقران إلى العناصر الأثقل، والتي يسميها علماء الفلك (بشكل مربك إلى حد ما) “المعادن”.
تشير حقيقة أن هذا النجم “فقير بالمعادن” إلى أن النجم الذي انهار ومات لتكوين Gaia-BH3 كان يفتقر أيضًا إلى العناصر الأثقل. من المتوقع أن تفقد النجوم الفقيرة بالمعادن كتلة أكبر من نظيراتها الغنية بالمعادن خلال حياتها، لذلك يتساءل العلماء عما إذا كان بإمكانهم الحفاظ على كتلة كافية لولادة ثقوب سوداء. يمثل Gaia-BH3 أول إشارة إلى أن النجوم الفقيرة بالمعادن يمكنها فعل ذلك بالفعل.
واختتم سيبروك قائلاً: “من المتوقع أن يحتوي الإصدار التالي من بيانات جايا على المزيد من البيانات، مما سيساعدنا على رؤية المزيد من المصفوفة وفهم كيفية تشكل الثقوب السوداء النجمية الخاملة”.
نُشر بحث الفريق اليوم (16 أبريل) في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.