تم سرد تاريخ القلوب السوداء للمجرات بالكامل تقريبًا للمرة الأولى، حيث قام علماء الفلك بدمج ملاحظات الأشعة السينية مع نماذج حاسوبية عملاقة مفصلة لتأريخ نمو المجرات. الثقوب السوداء الهائلة أكثر من 12 مليار سنة من التاريخ الكوني.
ومن خلال القيام بذلك، أظهر العلماء أن الثقب الأسود الموجود في قلب مجرتنا مجرة درب التبانة بلغت كتلتها أربعة ملايين كتلة شمسية في وقت متأخر نسبيًا من تاريخها.
تتراوح الثقوب السوداء الهائلة بين كتل أكبر بملايين المرات من شمسنا إلى مليارات المرات أكبر، لكن أصولها غير واضحة، وكيف نمت إلى مثل هذه الكتل الهائلة كان تحديًا لعلماء الفلك لفهمها.
ومع ذلك، قاد عالما الفلك فان زو ودبليو نيل براندت، وكلاهما من جامعة ولاية بنسلفانيا، فريقًا يربط بين آليتي نمو الثقب الأسود من الملاحظات والمحاكاة. قد توفر النتائج بعض الإجابات في النهاية.
متعلق ب: تلسكوب ناسا يرصد “ألعاب نارية كونية” وأصداء خافتة من الثقب الأسود الهائل في درب التبانة
“السؤال الكبير جدًا هو كيف تنمو هذه الثقوب السوداء الهائلة إلى هذا الحد؟” قال زو بينما تقديم أعمالهم في الاجتماع الـ 244 للجمعية الفلكية الأمريكية في ويسكونسن.. “ولمعالجة ذلك، نحتاج إلى تتبع تاريخ النمو الإجمالي لهذه الثقوب السوداء الهائلة”.
كما ذكرنا سابقًا، تنمو الثقوب السوداء عبر آليتين رئيسيتين. أحدهما من خلال تراكم الغاز البارد من المجرة المضيفة. يشكل هذا الغاز قرصًا متراكمًا حول الثقب الأسود نفسه، وتتحرك المادة من القرص تدريجيًا نحو قلب الثقب الأسود. يمكن أن ينمو قرص التراكم بشكل كثيف لدرجة أن الاحتكاك بين جزيئات الغاز يؤدي إلى تسخينه إلى ملايين الدرجات، مما يؤدي إلى إشعاع الأشعة السينية في هذه العملية. الآلية الأخرى تحدث أثناء تصادمات المجرات. عندما يحدث هذا، لا تندمج المجرات فحسب، بل تتجمع ثقوبها السوداء الهائلة أيضًا في النهاية وتطلق انفجارًا من موجات الجاذبية.
تتبع الفراغات الكونية
ولتقييم مدى مساهمة تراكم الغاز في نمو الثقوب السوداء الهائلة، بحث فريق الدراسة في بيانات أرشيفية تعود لأكثر من 20 عامًا من ناسا'س مرصد شاندرا للأشعة السينية، وكالة الفضاء الأوروبية XMM-نيوتن المهمة و إيروسيتا جهاز الأشعة السينية على متن السفينة الألمانية الروسية المشتركة سبيكتر-RG مركبة فضائية. وتمكن الباحثون من التعرف على إشارات الأشعة السينية القادمة من حوالي 8000 ثقب أسود فائق الكتلة سريع النمو.
وقال زو: “عندما تقوم الثقوب السوداء فائقة الكتلة بتراكم الغاز المحيط بها، فإنها تنبعث منها أشعة سينية قوية، لذلك من خلال اكتشافها في نطاقات الأشعة السينية يمكننا قياس قدرتها على التراكم”.
ثم التفتوا إلى إليستريس تي إن جي الكونية محاكاة الكمبيوتر العملاق لنموذج اندماج المجرات عبر التاريخ الكوني. ومن هناك، قام الفريق بدمج بيانات الأشعة السينية التي تظهر النمو من خلال التراكم مع نتائج عمليات المحاكاة للاندماج لفهم كيف ومتى نمت الثقوب السوداء الهائلة على مدى الـ 12 مليار سنة الماضية، من 1.8 مليار سنة بعد الانفجار. الانفجار العظيم إلى اليوم.
هذه المحاكاة “تلتقط البنية الشاملة واسعة النطاق [of the universe] قال زو: “لكنهم قادرون أيضًا على استكشاف المجرات الفردية”.
قصص الثقب الأسود الهائل
وجد زو وبراندت أن بيانات الأشعة السينية تظهر أن التراكم كان المحرك المهيمن لنمو الثقب الأسود خلال جميع عصور التاريخ الكوني. علاوة على ذلك، كلما زادت ضخامة المجرة، زاد نمو الثقب الأسود الهائل بداخلها بشكل أسرع. ومن ناحية أخرى، تعتبر عمليات الاندماج محركات أقل بروزاً الثقب الأسود النمو وفقًا لعمليات المحاكاة، ولكن لا يزال من الممكن أن يكون له بعض التأثير.
قال زو: “يهيمن التراكم على نمو الثقب الأسود الهائل في معظم الحالات، كما تقدم عمليات الاندماج بعض المساهمات الثانوية الملحوظة”.
وتُظهر هذه النتائج أيضًا أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة نمت بسرعة أكبر في وقت مبكر من الكون، مع ظهور ثقوب جديدة بشكل متكرر. ومع ذلك، قبل حوالي 7 مليارات سنة، أصبح العدد الإجمالي للثقوب السوداء فائقة الكتلة مستقرًا إلى حدٍ ما مع تشكل عدد قليل من الثقوب السوداء الجديدة فائقة الكتلة. كان لعمليات الاندماج تأثير أكبر في التاريخ اللاحق، حيث بلغت أهميتها ذروتها في نمو الثقب الأسود منذ حوالي 4 مليارات سنة.
“لقد وجدنا ذلك مرة واحدة الكون وقال زو: “عندما يصل عمر الثقوب السوداء إلى حوالي 40% من عمرها، فإن التركيبة السكانية الإجمالية للثقوب السوداء فائقة الكتلة تشبه إلى حد كبير التركيبة السكانية للثقوب السوداء فائقة الكتلة التي نراها في الكون المحلي”.
حتى أن علماء الفلك قاموا بتصميم نموذج خاص للثقب الأسود في مجرتنا، القوس أ*وخلص إلى أنه نما معظم مادته في وقت متأخر نسبيًا في الكون وقت. كان من الممكن أن يكون هذا النمو قد حدث بشكل رئيسي من خلال التراكم، حيث حدثت غالبية عمليات اندماج مجرة درب التبانة مع المجرات الأخرى أكثر من منذ 8 مليار إلى 10 مليار سنة. ومع ذلك، وكالة الفضاء الأوروبية'س مهمة غايا لديه الأدلة التي تم العثور عليها مؤخرا لمجرة قزمة اصطدمت بمجرة درب التبانة قبل 2 إلى 3 مليارات سنة فقط. يُعتقد أن المجرات القزمة تحتوي على ثقوب سوداء متوسطة الكتلة، تبلغ كتلتها عشرات إلى مئات الآلاف من أضعاف كتلة شمسنا، ومن الممكن أن تكون قد اندمجت مع القوس A* لتعزيز كتلة ثقبنا الأسود.
قصص ذات الصلة:
– يرسم تلسكوب هابل خريطة “التجشؤ” عالية السرعة من ثقب أسود هائل قريب يغذي للمرة الأولى
– أثقل زوج من الثقوب السوداء على الإطلاق يزن 28 مليار مرة أكثر من وزن الشمس
– لماذا تكون بعض نفاثات الثقب الأسود الهائلة قصيرة جدًا؟ ربما يكون علماء الفلك قد حلوا هذه القضية
ولأن النتائج تعيدنا فقط إلى 1.8 مليار سنة بعد الانفجار الكبير، فإنها لا تصف كيف تشكلت بذور الثقوب السوداء فائقة الكتلة لأول مرة. ويظل هذا مأزقًا لعلماء الكونيات، لا سيما فيما يتعلق بالكون تلسكوب هابل الفضائي و ال تلسكوب جيمس ويب الفضائي وجدت ثقوب سوداء ضخمة بشكل مدهش في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون. كيف نشأوا أن تكون كتلة شمسنا بملايين المرات في أقل من مليار سنة أمر غير معروف حاليًا.
نُشرت ورقة واحدة تصف النتائج في شهر مارس مجلة الفيزياء الفلكية، مع وجود ورقة ثانية في انتظارها.