هذا ما يبدو عليه عندما يتناول الثقب الأسود وجبة خفيفة على نجم سيئ الحظ
النجمة تلتهمها الثقب الأسود الهائل

يُظهر هذا الرسم التوضيحي تيارًا متوهجًا من المواد من نجم ، ممزقة إلى أشلاء بينما كان يلتهمها ثقب أسود هائل. الثقب الأسود المغذي محاط بحلقة من الغبار ، لا تختلف عن طبق طفل صغير محاط بفتات بعد الوجبة. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

قام علماء الفلك في جامعة أريزونا ، بتحليل ملاحظات توهج الأشعة السينية وملاءمة البيانات بالنماذج النظرية ، بتوثيق مواجهة قاتلة بين نجم غير محظوظ وكتلة متوسطة. ثقب أسود.

في حين لا يبدو أن هناك الكثير من القواسم المشتركة بين الثقوب السوداء والأطفال الصغار ، إلا أنهما متشابهان بشكل ملحوظ في جانب واحد: كلاهما فوضوي في تناول الطعام ، مما يولد أدلة كثيرة على أن الوجبة قد حدثت.

ولكن في حين أن المرء قد يترك وراءه روثًا من المعكرونة أو رشات من الزبادي ، فإن الآخر يخلق آثارًا ذات أبعاد محيرة للعقل. عندما يلتهم الثقب الأسود نجمًا ، فإنه ينتج ما يسميه علماء الفلك “حدث اضطراب المد والجزر”. يترافق تمزق النجم البائس مع اندلاع إشعاعي يمكن أن يتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في المجرة المضيفة للثقب الأسود لأشهر أو حتى سنوات.

في ورقة نشرت في مجلة الفيزياء الفلكيةاستخدم فريق من علماء الفلك بقيادة سيكسيانج وين ، باحث ما بعد الدكتوراه في مرصد ستيوارد بجامعة أريزونا ، الأشعة السينية المنبعثة من حدث اضطراب المد والجزر المعروف باسم J2150 لإجراء القياسات الأولى لكل من كتلة الثقب الأسود ودورانه. هذا الثقب الأسود من نوع خاص – ثقب أسود متوسط ​​الكتلة – والذي استعصى منذ فترة طويلة على المراقبة.

قالت آن زابلودوف ، أستاذة علم الفلك في جامعة أريزونا ، والمؤلفة المشاركة في الورقة البحثية: “حقيقة أننا تمكنا من التقاط هذا الثقب الأسود أثناء التهام نجمًا يوفر فرصة رائعة لمراقبة ما يمكن أن يكون غير مرئي لولا ذلك”. “ليس ذلك فحسب ، من خلال تحليل التوهج ، تمكنا من فهم أفضل لهذه الفئة المراوغة من الثقوب السوداء ، والتي قد تكون مسؤولة عن غالبية الثقوب السوداء في مراكز المجرات.”

من خلال إعادة تحليل بيانات الأشعة السينية المستخدمة لمراقبة توهج J2150 ، ومقارنتها بنماذج نظرية معقدة ، أظهر المؤلفون أن هذا التوهج قد نشأ بالفعل من مواجهة بين نجم غير محظوظ وثقب أسود متوسط ​​الكتلة. الثقب الأسود المتوسط ​​المعني ذو كتلة منخفضة بشكل خاص – بالنسبة للثقب الأسود ، أي – يزن حوالي 10000 ضعف كتلة الشمس.

قال ون: “إن انبعاثات الأشعة السينية من القرص الداخلي المتكون من حطام النجم الميت جعلت من الممكن لنا أن نستنتج كتلة ودوران هذا الثقب الأسود وتصنيفه على أنه ثقب أسود متوسط”.

الثقب الأسود قوى الجاذبية تكسر النجم

عندما يغامر نجم قريبًا جدًا من ثقب أسود ، تخلق قوى الجاذبية مدًا شديدًا يحطم النجم إلى تيار من الغاز ، مما يؤدي إلى ظاهرة كارثية تُعرف باسم حدث اضطراب المد والجزر. يتم إطلاق كميات هائلة من الطاقة ، مما يتسبب في اضطراب المد والجزر لتفوق مجرتهم في بعض الحالات. الائتمان: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا / كريس سميث (USRA / GESTAR)

شوهدت العشرات من أحداث اضطراب المد والجزر في مراكز المجرات الكبيرة التي تستضيف ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة ، كما لوحظ حفنة في مراكز المجرات الصغيرة التي قد تحتوي على ثقوب سوداء وسيطة. ومع ذلك ، لم يتم تفصيل البيانات السابقة بما يكفي لإثبات أن توهج اضطراب المد والجزر الفردي كان مدفوعًا بواسطة ثقب أسود وسيط.

“بفضل الملاحظات الفلكية الحديثة ، نعلم أن مراكز جميع المجرات تقريبًا تشبه أو أكبر حجمًا من درب التبانة يستضيف ثقوب سوداء مركزية فائقة الكتلة “، قال المؤلف المشارك في الدراسة نيكولاس ستون ، وهو محاضر كبير في الجامعة العبرية في القدس. “يتراوح حجم هذه العملاقة من مليون إلى 10 مليارات ضعف كتلة شمسنا ، وتصبح مصادر قوية للإشعاع الكهرومغناطيسي عندما يسقط الكثير من الغاز بين النجوم في المنطقة المجاورة لها.”

ترتبط كتلة هذه الثقوب السوداء ارتباطًا وثيقًا بالكتلة الإجمالية للمجرات المضيفة لها. تستضيف أكبر المجرات أكبر ثقوب سوداء فائقة الكتلة.

قال المؤلف المشارك بيتر يونكر من جامعة رادبود ومعهد SRON الهولندي لأبحاث الفضاء ، وكلاهما في هولندا: “ما زلنا نعرف القليل جدًا عن وجود ثقوب سوداء في مراكز المجرات الأصغر من مجرة ​​درب التبانة”. “بسبب قيود الرصد ، من الصعب اكتشاف ثقوب سوداء مركزية أصغر بكثير من مليون كتلة شمسية.”

https://www.youtube.com/watch؟v=QT1R–Bz26U

على الرغم من وفرة الثقوب السوداء المفترضة ، لا تزال أصول الثقوب السوداء فائقة الكتلة غير معروفة ، وتتنافس العديد من النظريات المختلفة حاليًا على تفسيرها ، وفقًا لجونكر. قد تكون الثقوب السوداء متوسطة الكتلة هي البذور التي تنمو منها الثقوب السوداء الهائلة.

وقال: “لذلك ، إذا حصلنا على معالجة أفضل لعدد الثقوب السوداء المتوسطة الحسنة النية الموجودة هناك ، فيمكن أن يساعد ذلك في تحديد النظريات الصحيحة لتكوين الثقوب السوداء فائقة الكتلة”.

الأمر الأكثر إثارة ، وفقًا لـ Zabludoff ، هو قياس دوران J2150 الذي تمكنت المجموعة من الحصول عليه. يحمل قياس الدوران أدلة حول كيفية نمو الثقوب السوداء ، وربما في فيزياء الجسيمات.

أوضح زابلودوف أن هذا الثقب الأسود لديه دوران سريع ، ولكن ليس أسرع دوران ممكن ، متوسلاً السؤال عن كيفية انتهاء الثقب الأسود بالدوران في هذا النطاق.

وقالت: “من الممكن أن يكون الثقب الأسود قد تشكل بهذه الطريقة ولم يتغير كثيرًا منذ ذلك الحين ، أو أن ثقبين أسودين متوسطي الكتلة اندمجا مؤخرًا لتشكيل هذا الثقب”. “نحن نعلم أن الدوران الذي قمنا بقياسه يستبعد السيناريوهات التي ينمو فيها الثقب الأسود على مدى فترة طويلة من تناول الغاز بشكل مطرد أو من العديد من وجبات الغاز السريعة التي تأتي من اتجاهات عشوائية.”

بالإضافة إلى ذلك ، يسمح قياس الدوران لعلماء الفيزياء الفلكية باختبار الفرضيات حول طبيعة المادة المظلمة ، والتي يُعتقد أنها تشكل معظم المادة في الكون. قد تتكون المادة المظلمة من جسيمات أولية غير معروفة لم يتم رؤيتها بعد في التجارب المعملية. وأوضح ستون أن من بين المرشحين جسيمات افتراضية تعرف بالبوزونات خفيفة الوزن.

وقال: “إذا كانت هذه الجسيمات موجودة ولديها كتل في نطاق معين ، فإنها ستمنع ثقب أسود متوسط ​​الكتلة من الدوران السريع”. ومع ذلك ، فإن ثقب J2150 الأسود يدور بسرعة. لذلك ، يستبعد قياس الدوران لدينا فئة واسعة من نظريات البوزونات الخفيفة جدًا ، ويعرض قيمة الثقوب السوداء كمختبرات خارج كوكب الأرض لفيزياء الجسيمات “.

يأمل المؤلفون في أن تسمح الملاحظات الجديدة لمشاعل اضطراب المد والجزر لعلماء الفلك في المستقبل بملء الفجوات في توزيع كتلة الثقب الأسود.

قال ستون: “إذا اتضح أن معظم المجرات القزمة تحتوي على ثقوب سوداء متوسطة الكتلة ، فإنها ستهيمن على معدل اضطراب المد والجزر النجمي”. وأضاف ون: “من خلال ملاءمة انبعاث الأشعة السينية من هذه التوهجات في النماذج النظرية ، يمكننا إجراء إحصاء لمجموعات الثقوب السوداء متوسطة الكتلة في الكون”.

للقيام بذلك ، ومع ذلك ، يجب ملاحظة المزيد من أحداث اضطراب المد والجزر. لهذا السبب يعلق علماء الفلك آمالًا كبيرة على التلسكوبات الجديدة التي سيتم طرحها على الإنترنت قريبًا ، سواء على الأرض أو في الفضاء ، بما في ذلك مرصد Vera C. Rubin ، المعروف أيضًا باسم Legacy Survey of Space and Time ، أو LSST ، والذي من المتوقع أن يكتشف آلاف المد والجزر أحداث التعطيل في السنة.

المرجع: “قيود الكتلة ، والدوران ، والوزن الخفيف من الثقب الأسود متوسط ​​الكتلة في حدث اضطراب المد والجزر 3XMM J215022.4–055108” بقلم سيكسيانج وين ، وبيتر جي يونكر ، ونيكولاس سي ستون ، وآن آي زابلودوف ، 6 أيلول (سبتمبر) 2021 ، مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac00b5

تم دعم هذا البحث من خلال منح من ناسا ومؤسسة العلوم الثنائية بين الولايات المتحدة وإسرائيل.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *