يؤكد تلسكوب جيمس ويب الفضائي أول ثقب أسود هائل “هارب” ينطلق عبر مجرات “البومة الكونية” بسرعة 2.2 مليون ميل في الساعة: “إنه يحير العقل!”

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

حقق علماء الفلك اكتشافًا مذهلًا حقًا باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST): ثقب أسود هارب أكبر من الشمس بـ 10 ملايين مرة، وينطلق عبر الفضاء بسرعة مذهلة تبلغ 2.2 مليون ميل في الساعة (1000 كيلومتر في الثانية).

وهذا لا يجعل هذا أول ثقب أسود هارب مؤكد فحسب، بل يعد هذا الجسم أيضًا أحد أسرع الأجسام حركةً التي تم اكتشافها على الإطلاق، حيث ينطلق صاروخيًا عبر موطنه، وهو زوج من المجرات يُسمى “”البومة الكونية“، بسرعة تعادل 3000 مرة سرعة الصوت عند مستوى سطح البحر هنا على الأرض. إذا لم يكن هذا مذهلاً بما فيه الكفاية، فإن الثقب الأسود يدفع إلى الأمام “صدمة القوس” من المادة بحجم المجرة أمامه، بينما يسحب في الوقت نفسه ذيلًا يبلغ طوله 200000 سنة ضوئية خلفه، حيث يتراكم الغاز ويؤدي إلى تكوين النجوم.

“إنه يحير العقل!” وقال قائد فريق الاكتشاف بيتر فان دوكوم من جامعة ييل لموقع Space.com. “إن القوى اللازمة لإزاحة مثل هذا الثقب الأسود الهائل من موطنه هائلة. ومع ذلك، كان من المتوقع أن تحدث مثل هذه الهروبات!”

الثقوب السوداء الهائلةوالتي يمكن أن تصل كتلتها إلى مليارات المرات من كتلة الشمس، عادة ما توجد في قلوب مجراتها الأصلية، التي تهيمن عليها بجاذبيتها الهائلة. السرعة المذهلة لهذا الثقب الأسود الهائل تعني أنه يبعد حوالي 230 ألف سنة ضوئية عن نقطة منشئه.

وقال فان دوكوم: “هذا هو الثقب الأسود الوحيد الذي تم العثور عليه بعيدا عن موطنه السابق”. “وهذا ما جعله المرشح الأفضل [for a] ثقب أسود هائل هارب، لكن ما كان مفقودًا هو التأكيد. كل ما كان لدينا حقًا هو خط يصعب تفسيره بأي طريقة أخرى. ومع تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تأكدنا الآن من وجود ثقب أسود بالفعل عند طرف الخط، وأنه يبتعد بسرعة عن مضيفه السابق.”

كيفية اكتشاف الهارب

كان هذا الثقب الأسود الهائل الذي تم تأكيده الآن تم التعرف عليه لأول مرة من قبل فان دوكوم وزملائه مرة أخرى في عام 2023 باستخدام تلسكوب هابل الفضائي, التي رصدت ما بدا أنه أثر جسم ضخم يمر عبر الفضاء. وبطبيعة الحال، مثل جميع الثقوب السوداء، فإن هذا الهروب محاط بسطح أحادي الاتجاه يحبس الضوء يسمى أفق الحدث، مما يجعل من الصعب اكتشافه.

قال فان دوكوم: “الثقب الأسود أسود، ومن الصعب للغاية اكتشافه عندما يتحرك في الفضاء الفارغ. السبب وراء رصدنا لهذا الجسم هو تأثير مرور الثقب الأسود على محيطه: نحن نعلم الآن أنه يدفع موجة صدمية في الغاز الذي يتحرك عبره، ونحن نرى موجة الصدمة هذه، وأثر موجة الصدمة خلف الثقب الأسود”. “باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، اكتشفنا الإزاحة الهائلة للغاز عند طرف الاستيقاظ، حيث يدفع الثقب الأسود ضده. إن بصمات الصدمة واضحة تمامًا، وليس هناك شك حول ما يحدث هنا.” يتم دفع الغاز جانبًا بعيدًا عن الثقب الأسود الهائل بسرعة مئات الآلاف من الأميال في الساعة (مئات الكيلومترات في الثانية)، وهو توقيع ديناميكي شاهده الفريق باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي.

وقال فان دوكوم: “إن سرعة الغاز المزاح ترتبط ارتباطًا مباشرًا بسرعة الثقب الأسود، وهذه هي الطريقة التي حددنا بها سرعة الثقب الأسود من بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي”. “إنه يتحرك بسرعة 1000 كيلومتر تقريبًا في الثانية، وهو أسرع من أي جسم آخر في الكون. وهذه السرعة العالية هي التي مكنت الثقب الأسود من الهروب من قوة الجاذبية لموطنه السابق.”

كيف يصبح الثقب الأسود الهائل “مارقًا”؟

وأوضح فان دوكوم أن هناك آليتين محتملتين يمكن أن تؤديا إلى إخراج ثقب أسود هائل من قلب مجرته. يبدأ كلا السيناريوهين عندما تصطدم مجرتان وتبدأان في الاندماج، مما يؤدي إلى كل منهما إلى التحطيم الكوني لثقبها الأسود الهائل. تبدأ كلتا الآليتين عندما تصل الثقوب السوداء الهائلة إلى مركز المجرة المتكونة حديثًا.

“الآلية الأولى هي أن الثقبين الأسودين يندمجان مع بعضهما البعض، وأن إشعاع الجاذبية [gravitational waves] صدر في هذا الاندماج يضفي ركلة قوية على الثقب الأسود المتكون حديثا. وقال فان دوكوم: “يمكن لهذه الركلة أن تنقل سرعة 1000 كيلومتر في الثانية، وهو ما يكفي لإخراج الثقب الأسود”. “والثاني هو التفاعل بين ثلاثة أجسام. يحدث ذلك عندما تحتوي إحدى المجرتين على زوج من المجرات الثقوب السوداء الثنائية في مركزها. وعندما يدخل ثقب أسود ثالث إلى النظام الثنائي، يصبح غير مستقر، وسيتم طرد أحد الثقوب السوداء الثلاثة من النظام”.

يعتقد الفريق أن هذا هو السيناريو الأول الذي يفسر الثقب الأسود الهائل الهارب في هذه الحالة. وهذا من شأنه أن يؤدي إلى افتقار المجرة إلى ثقب أسود هائل في مركزها، وهو ما قال فان دوكوم إنه من غير المرجح أن يؤثر على المجرة المذكورة بشكل كبير. ومع ذلك، يمكن لهذا الثقب الأسود الهائل الهارب أن يكون له تأثير كبير على أي مجرة ​​أخرى يصادفها أثناء انطلاقه عبر الفضاء.

وتابع فان دوكوم: “سيكون اللقاء مع مجرة ​​أخرى مذهلا للغاية، ويرجع ذلك في الغالب إلى موجة الصدمة الضخمة التي تعادل حجم المجرة والتي تسبق الثقب الأسود”. “عندما تواجه موجة الصدمة هذه غازًا كثيفًا من مجرة ​​أخرى، فإنها ستضغط وتصدم هذا الغاز ومن المحتمل أن تشكل الكثير من النجوم الجديدة. سيكون هذا عرضًا رائعًا!”

لحسن الحظ، تقع المجرات ذات الحلقتين التي تشكل البومة الكونية على بعد حوالي 9 مليارات سنة ضوئية، مما يعني أنه حتى لو كان هذا العملاق الكوني الهارب في طريقنا، فلا داعي للقلق أبدًا بشأن وصوله إلينا.

تعد عمليات الاندماج بين المجرات أمرًا شائعًا، حيث تحدث عدة مرات على مدار عمر المجرة الواحدة. وهذا يعني أن الثقوب السوداء الهائلة المقذوفة قد تكون شائعة جدًا أيضًا، على الرغم من أن أعداد السكان تختلف بناءً على كيفية نمذجة هذه الاصطدامات.

يقول فان دوكوم: “تحدث عمليات الاندماج في كثير من الأحيان في حياة المجرة، فكل مجرة ​​بحجم وكتلة درب التبانة قد شهدت عدة عمليات اندماج خلال حياتها. لذلك يجب أن تتشكل ثنائيات الثقوب السوداء بشكل منتظم إلى حد ما. ما لا نعرفه هو مدى سرعة اندماج هذه الثنائيات، إن حدث ذلك، وكم مرة تزيل الركلة الناتجة ثقبًا أسود”. “وجهة نظري تجريبية: الآن بعد أن عرفنا كيفية البحث عنها، يمكننا العثور على أمثلة أخرى – وبعد ذلك يمكننا الإجابة على السؤال مباشرة من البيانات، عن طريق حساب عدد حالات الهروب. الشيء المهم هو أن حالات الهروب من الثقب الأسود كانت موجودة فقط في عالم النظرية حتى الآن.”

قال فان دوكوم: “لقد فاجأني كل شيء في هذا البحث! لم أتوقع أبدًا أن أرى شيئًا كهذا، وكان تأكيد ذلك باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي أمرًا لا يصدق”. “ما لم نقدره تمامًا هو مدى تأثير هذه الثقوب السوداء الهاربة على الغاز الذي تتحرك من خلاله. في أعقاب ذلك، تشكلت العديد من النجوم الجديدة من الغاز المصدوم، حوالي 100 مليون مرة كتلة الشمس. لم يكن هذا النمط من تكوين النجوم معروفًا من قبل، ويؤدي إلى ظهور سلسلة من النجوم بعيدًا عن المجرة، ويبدو أنها تشكلت في الفضاء الفارغ”.

وأوضح الباحث في جامعة ييل أن الخطوة التالية الواضحة للفريق ستكون البحث عن المزيد من الأمثلة على الثقوب السوداء في المدرج.

وأوضح فان دوكوم: “أنت بحاجة إلى تصوير فضائي لرؤيتها: لقد برز لنا الأثر لأنه عبارة عن خط رفيع للغاية، وفي الصور الأرضية، سيكون غير واضح إلى درجة لا يمكن التعرف عليها”. “لحسن الحظ، أصبح التصوير واسع النطاق بجودة هابل قاب قوسين أو أدنى، وذلك بفضل التلسكوب الفضائي الروماني، وإقليدس الأقل وضوحًا. سيكون استخدام خوارزميات التعلم الآلي للعثور على خطوط رفيعة في البيانات الرومانية مشروعًا رائعًا!”

تم تقديم بحث الفريق إلى The Astrophysical Journal Letters وهو متاح حاليًا كورقة بحثية تمت مراجعتها مسبقًا من قبل النظراء حول arXiv.