إنها غابة كونية للنجوم التي تقترب كثيرًا من الثقوب السوداء. اكتشف فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا 18 نموذجًا جديدًا للثقوب السوداء التي تمزق النجوم وتتغذى على بقاياها.
تضاعف هذه النتيجة عدد أحداث اضطراب المد والجزر المروعة التي تمزيق النجوم (TDEs) والتي شوهدت في الكون المحلي. يمكن أن تساعد النتائج علماء الفلك على تقدير عدد TDEs التي تحدث عبر الكون بشكل أفضل، مما يجعل المعدل أقرب إلى التنبؤات النظرية.
تحدث TDEs عندما يقترب نجم جدًا من ثقب أسود، ويولد تأثير جاذبية الجسم الأخير قوى مد وجزر في النجم كبيرة جدًا لدرجة أن الجسم النجمي يمتد عموديًا بينما يتم سحقه أفقيًا، وهي عملية تسمى “spaghettification”.
تشكل المادة الناتجة عن النجم قرصًا مسطحًا حول الثقب الأسود، ويتراكم بعضها في قلب الثقب الأسود، بينما يتم توجيه المواد النجمية الأخرى إلى القطبين بواسطة مجالات مغناطيسية قوية ويتم إطلاقها على شكل نفاثات بسرعة قريبة من الضوء.
متعلق ب: يقوم الثقب الأسود بتمزيق النجم في حالة من جنون التغذية الكونية الذي أثار إعجاب علماء الفلك
في السابق، كان علماء الفلك يعتقدون أن الثقوب السوداء تمزق النجوم وتلتهمها أثناء إطلاق نفاثات نشطة للغاية في المجرات التي شهدت مؤخرًا فترات من ولادة النجوم المكثفة تسمى “الانفجارات النجمية”.
ومع ذلك، يشير هذا البحث إلى أن TDEs يمكن أن تحدث عبر نطاق أوسع من المجرات ويمكن أن تساعد في تفسير الفيزياء المتطرفة التي نشاهدها حول مثل هذه الأحداث.
وقالت إيرين كارا، عضو الفريق والأستاذ المساعد للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، في بيان: “كان الناس يتوصلون إلى حلول غريبة للغاية لهذه الألغاز، والآن وصلنا إلى النقطة التي يمكننا فيها حلها جميعًا”.
كيف بدأت عملية البحث عن حدث اضطراب المد والجزر
بدأ فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في البحث عن المزيد من الثقوب السوداء التي تلتهم النجوم بعد أن اكتشفوا أقرب TDE إلى الأرض على الإطلاق. وشوهد على شكل توهج من المجرة NGC 7392، التي تقع على بعد حوالي 137 مليون سنة ضوئية من الأرض.
وقالوا إن هذا فتح طريقة جديدة تمامًا لاكتشاف الثقوب السوداء التي تغذي بشكل نشط. وهو يتضمن استخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء وخوارزمية تبحث عن أنماط في بيانات الأشعة تحت الحمراء تشير إلى رشقات إشعاعية قصيرة أو “عابرة”. اعتمدت التقنية المكتملة على البيانات التاريخية التي تم جمعها بواسطة مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع النطاق التابع لناسا (NEOWISE). منذ إطلاقه في عام 2009، كان NEOWISE يبحث في السماء فوق الأرض بحثًا عن دفقات قصيرة من ضوء الأشعة تحت الحمراء.
بعد ذلك، قام الفريق بمقارنة العناصر العابرة التي وجدوها مع كتالوج المجرات الواقعة على مسافة 600 مليون سنة ضوئية من الأرض، وكشفوا أن انفجارات الأشعة تحت الحمراء يمكن إرجاعها إلى حوالي 1000 مجرة.
ومن خلال تقريب هذه المجرات، حاول الباحثون اكتشاف ما إذا كانت الإشارات التي اكتشفوها جاءت من TDEs أو إذا كان من الممكن أن تكون ناجمة عن أحداث عنيفة أخرى، مثل انفجار سوبر نوفا لنجم ضخم يحتضر. ومن الممكن أيضًا أن تأتي من الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوب المجرات، حيث تتغذى على الغبار والغاز المتساقط.
أدى هذا في النهاية إلى اكتشاف 18 إشارة TDE شرعية كانت نتيجة لتأثير الجاذبية للثقوب السوداء التي تولد قوى المد والجزر في النجوم والتي أدت في النهاية إلى وفاة بعض النجوم الدموية.
من المثير للدهشة أن الفريق وجد أن TDEs يبدو أنها تحدث عبر مجموعة من المجرات عبر السماء بأكملها، بما في ذلك المجرات المليئة بسحب كثيفة من الغبار.
وقالت ميجان ماسترسون، المؤلفة الرئيسية للبحث وطالبة الدراسات العليا في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “إذا نظرت إلى السماء ورأيت مجموعة من المجرات، فإن TDEs ستحدث بشكل تمثيلي في كل منها”.
إخفاء الجرائم الكونية
في المخطط الكبير للأشياء، يساعد هذا البحث في حل بعض الأسئلة الرئيسية المحيطة بأحداث اضطراب المد والجزر.
في السابق، كان علماء الفلك قد شاهدوا بشكل رئيسي حوادث تمزيق النجوم هذه تحدث في مجرات ما بعد الانفجار النجمي مع مصانع النجوم التي تم إغلاقها مؤخرًا.
مثل هذه المجرات نادرة إلى حد ما، وقد احتار العلماء حول سبب ظهور TDEs مقتصرة عليها. يخفف هذا البحث من هذا الارتباك من خلال العثور على TDEs الدموية في مجموعة من أنواع المجرات.
السبب وراء غياب TDEs على ما يبدو عن المجرات الأخرى هو أنه في حين أن المجرات بعد الانفجار النجمي خالية من الغاز السميك والغبار لأنها استنفدت المواد أثناء تكوين ثروة من النجوم الجديدة، فإن المجرات الأخرى لا تزال تحتوي على المواد بكثرة. الغاز والغبار بارعون في امتصاص أو حجب الضوء البصري والأشعة السينية، لكن الأشعة تحت الحمراء تنزلق عبر المادة بسهولة أكبر.
وهكذا، كانت الأشعة السينية والانبعاثات الضوئية جيدة لاكتشاف TDEs في المجرات المستنفدة للغبار، لكن عمليات رصد الأشعة تحت الحمراء كانت أساسية في العثور على الثقوب السوداء التي تمزق النجوم في المجرات المغبرة.
وأضاف ماسترسون: “لا يعني ذلك أنها تحدث في نوع واحد فقط من المجرات، كما اعتقد الناس بناءً على عمليات البحث البصرية والأشعة السينية فقط”. “إذا كنت تريد فهم TDEs ككل واستخدامها لاستكشاف التركيبة السكانية للثقب الأسود الهائل، فأنت بحاجة إلى النظر في نطاق الأشعة تحت الحمراء.”
قصص ذات الصلة:
– يعلن الثقب الأسود عن نفسه لعلماء الفلك من خلال تمزيق نجم بعنف
– محطم الأرقام القياسية! الثقب الأسود المكتشف حديثًا هو الأقرب المعروف للأرض
– يكشف مرصد ناسا للأشعة السينية كيف تبتلع الثقوب السوداء النجوم وتلفظ المادة
يمكن أن تفسر النتائج التي توصل إليها باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أيضًا لماذا لا يبدو أن TDEs تشع قدرًا كبيرًا من الطاقة كما تنبأت النظرية، حيث يشير الفريق إلى أن نقص الطاقة هو نتيجة امتصاص الغبار للانبعاثات الضوئية والأشعة السينية، بالإضافة إلى الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة من TDEs.
وبإضافة الـ 18 TDEs الجديدة التي اكتشفوها إلى الأحداث التي تمت ملاحظتها سابقًا من هذا النوع، يقدر فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن المجرات تواجه TDE مرة واحدة تقريبًا كل 50000 عام، وهو ما يتماشى مع التوقعات النظرية السابقة.
واختتم كارا حديثه قائلاً: “هذا يمنحنا الثقة بأننا لسنا بحاجة إلى كل هذه الفيزياء الغريبة لشرح ما نراه”. “ولدينا تعامل أفضل مع الآليات الكامنة وراء كيفية تمزق النجم وابتلاعه بواسطة ثقب أسود. نحن نفهم هذه الأنظمة بشكل أفضل.”
ونُشر بحث الفريق يوم الاثنين (29 يناير) في مجلة الفيزياء الفلكية.