زوج من الثقوب السوداء في العنقود النجمي يفاجئ العلماء

فنان

تصور فنان لثقب أسود في كتلة كروية. (رصيد الصورة: Benjamin de Bivort ؛ Strader وآخرون ؛ NRAO / AUI / NSF)



يقول الباحثون إن الثقوب السوداء قد تبدو وحشية للغاية بحيث لا يمكن الحفاظ عليها ، لكن النتائج الجديدة المفاجئة تشير إلى أنها يمكن أن تعيش في مجموعات داخل مجموعات من النجوم داخل مجرتنا درب التبانة.



أضاف العلماء أن وجود ثقوب سوداء متعددة داخل هذه المجموعات قد يغير بشكل جذري الطريقة التي تتطور بها هذه المكونات الرئيسية للمجرات.

قال المؤلف الرئيسي للدراسة جاي سترادر ​​، عالم الفلك في جامعة ولاية ميتشيغان في إيست لانسينغ: `` قبل هذا العمل ، لم يكن هناك أي ثقوب سوداء معروفة في مجموعات درب التبانة الكروية ، لذا فإن العثور على واحد سيكون مثيرًا للاهتمام.



الثقوب السوداء هي أكثر الأجسام كثافة في الكون ، وأكبرها توجد في مراكز المجرات ، وتحتوي على كتلة أكبر بملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس. تولد الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية من الموت الانفجاري للنجوم المعروفة باسم المستعرات الأعظمية.

المئات من الثقوب السوداء ، كل منها بكتلة نجم ، تتكون على الأرجح في مجموعات كروية ، مجموعات كروية من مئات الآلاف من النجوم التي تدور حول مركز المجرة. ومع ذلك ، أشارت الأبحاث السابقة إلى أن هذه المجموعات لن تحتوي أبدًا على ثقوب سوداء متعددة في وقت واحد. نظرًا لأن الثقوب السوداء ضخمة جدًا ، فإنها تميل إلى السقوط نحو مركز العناقيد الكروية ، على غرار الطريقة التي شقت بها المواد الأكثر كثافة طريقها إلى مركز الأرض أثناء تكوينها. في قلوب المجموعات العنقودية ، سوف تجذب هذه الثقوب السوداء بعضها البعض بقوة جاذبية وتميل إلى طرد كل ، أو ربما كل واحد ، خارج العناقيد.

بناءً على الانبعاثات الراديوية ، اكتشف العلماء على ما يبدو زوجًا من الثقوب السوداء داخل الكتلة الكروية الكبيرة M22 ، التي تقع على بعد حوالي 10600 سنة ضوئية في كوكبة القوس ، بالقرب من انتفاخ مجرة ​​درب التبانة. M22 هي واحدة من ألمع العناقيد الكروية في سماء الليل ، وتحتوي على ما يقرب من مليون نجم. [أغرب الثقوب السوداء في الكون]



تجد من المستغرب

قال سترادر ​​لموقع ProfoundSpace.org: `` على عكس أفكارنا السابقة ، قد تكون الحشود الكروية واحدة من أفضل الأماكن للبحث عن الثقوب السوداء ، وليس واحدة من أسوأ الأماكن ''.

وأضاف سترادر ​​أن M22 قد يحتوي على المزيد من الثقوب السوداء ، إذا كانت موجودة بدون أقراص التراكم المتوهجة التي اعتاد علماء الفلك على اكتشافها. وقال: 'نحن نقدر أن عدد الثقوب السوداء قد يتواجد في العنقود ما بين خمسة إلى 100 ثقب أسود'.



اكتشف الباحثون الثقوب السوداء ، المسماة M22-VLA1 و M22-VLA2 ، بناءً على الانبعاثات الراديوية التي تم التقاطها بواسطة مجموعة Karl G. Jansky الكبيرة جدًا للتلسكوبات الراديوية في نيو مكسيكو. هذه الثقوب السوداء عبارة عن نظامين ثنائيين ، يمتلك كل منهما نجمًا مصاحبًا يقوم بتمزيق المادة منه. يتجمع هذا الغاز والغبار المسروق حول كل ثقب أسود في قرص تراكم متوهج ، مثل الماء الذي يحوم في البالوعة. الانبعاثات من هذه الأقراص هي ما يراه علماء الفلك - وإلا فإن الثقوب السوداء سوداء ، ومخفية إلى حد كبير في سماء الليل. يشير سطوع هذه الأقراص إلى أن ثقوبها السوداء أكبر بما يتراوح بين 10 و 20 مرة من كتلة الشمس.

قال سترادر: 'أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام في هذا العمل هو أننا وجدنا الثقوب السوداء عبر انبعاث موجات الراديو'. تم اكتشاف جميع الثقوب السوداء الأخرى ذات الكتلة النجمية في مجرتنا عن طريق انبعاث الأشعة السينية بدلاً من الراديو. نفترض أن سبب عدم رؤية مصادرنا في عمليات البحث السابقة بالأشعة السينية هو أنها لا تتراكم كثيرًا من المادة على الإطلاق ، لذا فهي لا تنتج أقراص التراكم الساخنة التي تتوهج في الأشعة الضوئية والأشعة السينية .

إذا كان هذا صحيحًا ، فإنه يشير إلى أن الملاحظات الراديوية يمكن أن تكون طريقة جيدة للعثور على الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية الأكثر هدوءًا في مجرتنا.

نظر الباحثون في M22 على أمل العثور على دليل لنوع نادر من الثقوب السوداء في مركز العنقود - ما يسميه العلماء ثقب أسود متوسط ​​الكتلة ، بمئات الآلاف من المرات كتلة الشمس.

وقالت مؤلفة الدراسة لورا تشوميوك من جامعة ولاية ميتشيغان والمرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي في بيان: `` لم نعثر على ما كنا نبحث عنه ، لكننا وجدنا شيئًا مفاجئًا للغاية - ثقبين أسودين أصغر حجمًا ''.

تشير النتائج إلى أن عملية طرد الثقب الأسود من الحشود الكروية أقل كفاءة مما كان يُعتقد ، خاصةً عندما يكون هناك عدد قليل نسبيًا من الثقوب السوداء لإبعاد إخوانهم عن طريق الجاذبية إلى الخارج. على سبيل المثال ، من خلال تنشيط المناطق المحيطة بها ، قد تقلل الثقوب السوداء من كثافة بيئتها وبالتالي معدل قذف بعضها البعض خارج الكتلة.

قال سترادر: 'المحاكاة الحاسوبية المستقبلية لتطور العناقيد الكروية مع مجموعات من الثقوب السوداء يجب أن تساعد في معالجة هذه المشكلة'.

وأضاف: 'وجهة نظري الشخصية هي أنه من المحتمل أن تحتوي المجموعات الأخرى أيضًا على ثقوب سوداء لم نعثر عليها بعد'.

جزيئات الثقب الأسود تتسرب

مواجهة العواقب

قد تكون عواقب الثقوب السوداء المتعددة في الكتلة الكروية مأساوية. يمكن للثقوب السوداء تسخين بيئاتها بشكل أساسي من خلال التفاعل مع النجوم القريبة ونقل الطاقة إليها. قال سترادر ​​إن التعايش بين ثقوب سوداء متعددة قريبة نسبيًا من بعضها البعض قد يعني أن الحشود الكروية تصبح أكثر سخونة مما كان يعتقد ، مما يقلل كثافتها ويبطئ تطورها بشكل أساسي - مما يمنع المادة من التكثف في النجوم والكواكب.

قد تستمر M22-VLA1 و M22-VLA2 في التعايش السلمي. من ناحية أخرى ، ربما يسحب أحدهم الآخر بقوة جاذبيته ويخرجه في النهاية مع النجم المرافق له من العنقود. أو ربما تندمج الثقوب السوداء بعنف لتشكل ثقبًا أسودًا أكبر.

قال سترادر: 'أي من هذه المصير ممكن ، وسيعتمد على تفاصيل أخرى ، مثل ما إذا كان العنقود يحتوي على ثقوب سوداء أخرى لم نلاحظها بعد'. 'من المحتمل أن تكون النتيجة الأكثر ترجيحًا هي إخراج واحد على الأقل من ثنائيات الثقب الأسود من الكتلة في وقت ما في المستقبل ، ولكن من الممكن أن يستمر كلاهما لعدة مليارات من السنين الأخرى.'

عندما يتعلق الأمر بعدد الثقوب السوداء التي قد تتعايش في مجموعات كروية ، قال سترادر ​​إن العدد الكبير غير مرجح. قال 'السؤال يتعلق بمقاييس الوقت'. 'حتى في M22 ، إذا انتظرت عدة مليارات من السنين ، فمن الممكن أن يتم إخراج جميع الثقوب السوداء باستثناء واحد أو كل الثقوب السوداء.'

قال سترادر ​​إن العلماء يشعرون أن لديهم دليلًا قويًا على أن هذه الإشارات اللاسلكية تأتي من الثقوب السوداء في M22 ، 'لكنها ليست محكمة الإغلاق'. هناك احتمال ضئيل أن تكون هذه الأجسام مجرات بعيدة جدًا في الخلفية والتي تصادف أنها مصطفة مع مركز هذا التجمع الكروي.

وأضاف سترادر: 'يمكننا اختبار ما إذا كان هذا صحيحًا من خلال قياس حركة المصادر في السماء'. إذا كانوا في الكتلة ، فيجب أن يتحركوا بسرعة كبيرة ، وبطريقة تم تحديدها بالفعل للنجوم في العنقود. إذا كانوا في الخلفية ، فلن يبدو أنهم يتحركون في السماء على الإطلاق. لذلك تقدمنا ​​بطلب للحصول على وقت إضافي للتلسكوب لاختبار هذه الفكرة ، وإذا حصلنا على الوقت فسنعرف بعد حوالي عام ما إذا كانوا يتحركون كما هو متوقع.

يخطط الباحثون الآن أيضًا للبحث عن إشارات الراديو من الثقوب السوداء المماثلة في مجموعات درب التبانة الكروية الأخرى خلال السنوات القليلة المقبلة. قال سترادر: 'إن بحثًا كهذا سيخبرنا ما إذا كانت الثقوب السوداء في العناقيد الكروية نادرة أم شائعة'.

قام العلماء بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها في عدد 4 أكتوبر من مجلة نيتشر.

يمكنك متابعة ProfoundSpace.org على Twitter تضمين التغريدة . نحن أيضا على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك & + Google .