إن الثقبين الأسودين الهائلين الموجودين في “المجرات الأحفورية” الناتجة عن الاصطدام ضخمان للغاية لدرجة أنهما يرفضان الاصطدام والاندماج. قد يفسر هذا الاكتشاف سبب التنبؤ نظريًا باندماجات الثقوب السوداء، ولكن لم تتم ملاحظتها مطلقًا.
يقع نظام الثقب الأسود الهائل في المجرة الإهليلجية B2 0402+379. يبلغ مجموع كتلة الثقبين الأسودين معًا 28 مليار تبلغ كتلته ضعف كتلة الشمس، وهو أضخم ثقب أسود ثنائي تم رصده على الإطلاق. ليس هذا فحسب، بل إن المكونات الثنائية لهذا النظام هي الأقرب لزوج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة، ويفصل بينهما 24 سنة ضوئية فقط.
إنه الثقب الأسود الثنائي الوحيد الذي تم حله بالتفصيل بما يكفي لرؤية الجسمين بشكل منفصل. ومن المثير للاهتمام، أنه على الرغم من أن قرب الجسمين يشير إلى أنهما يجب أن يتصادما ويندمجا، إلا أنه يبدو أنهما كانا في نفس الرقصة المدارية حول بعضهما البعض لأكثر من 3 مليارات سنة.
متعلق ب: ومن بين الحطام الناتج عن الاصطدام بين المجرات زوج من الثقوب السوداء الهائلة الأقرب إلى الأرض
وافترض الفريق، الذي اكتشف الثنائي في البيانات التي جمعها تلسكوب جيميني نورث في هاواي، أن الثقوب السوداء الهائلة تُمنع من الاندماج بسبب كتلتها الهائلة.
وقال روجر روماني، عضو الفريق وأستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد، في بيان: “بشكل عام، يبدو أن المجرات التي تحتوي على أزواج من الثقوب السوداء الخفيفة تحتوي على ما يكفي من النجوم والكتلة لتتراكم بسرعة”. تقرير. “نظرًا لأن هذا الزوج ثقيل جدًا، فقد تطلب الأمر الكثير من النجوم والغاز للقيام بهذه المهمة. لكن الثنائي بحث عن مجرة مركزية من هذه المواد، وتوقف.”
زوج الثقب الأسود الهائل غير متوافق… حتى الآن
B2 0402+379 عبارة عن “عنقود أحفوري”، يمثل ما يمكن أن يحدث إذا اتحدت مجموعة كاملة من النجوم والغاز في مجرة واحدة ضخمة. تشير الكتلة الهائلة للثقبين الأسودين الهائلين الموجودين في قلبه إلى أن سلسلة الارتباطات بين الثقوب السوداء الأصغر حجمًا تشير إلى أن العديد من المجرات الموجودة في العنقود قد التقت واندمجت معًا.
ويعتقد العلماء أن في قلب معظم المجرات، إن لم يكن كلها، يوجد ثقب أسود هائل كتلته تعادل ملايين أو مليارات الشموس. لا يمكن لنجم واحد أن ينهار ليولد مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة، لذلك يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تولد من خلال سلاسل الاندماج بين الثقوب السوداء الأكبر والأضخم على التوالي.
عندما تتصادم المجرات نفسها وتندمج، يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوبها تتحرك معًا لتشكل زوجًا ثنائيًا. أثناء دورانها حول بعضها البعض، تصدر هذه الثقوب السوداء تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية، والتي تحمل الزخم الزاوي بعيدًا عن الثنائي، مما يتسبب في اقتراب الثقوب السوداء من بعضها البعض.
في النهاية، عندما تكون الثقوب السوداء قريبة بما فيه الكفاية، يجب أن تتولى قوة الجاذبية الخاصة بها، وتتصادم الثقوب السوداء وتندمج لتشكلهما. والسؤال هو: هل يمكن لبعض الثقوب السوداء الهائلة أن تكون ضخمة إلى هذا الحد؟
لفهم نظام الثقب الأسود الثقيل بشكل أفضل، لجأ الفريق إلى البيانات الأرشيفية التي تم جمعها بواسطة جهاز Gemini Multi-Object Spectrograph (GSO) التابع لـ Gemini North. ويساعد هذا في تحديد سرعات النجوم القريبة من الثقبين الأسودين الهائلين، وبالتالي الكتلة الإجمالية لهذين الثقبين الأسودين.
وأضاف روماني: “لقد أتاحت لنا الحساسية الممتازة لنظام GMOS رسم خريطة للسرعة المتزايدة للنجوم أثناء اقترابها من مركز المجرة”. “وبهذا، تمكنا من استنتاج الكتلة الإجمالية للثقوب السوداء الموجودة هناك“.
رابط محظور
يعتقد الفريق أن كتلة الثقبين الأسودين في النظام عالية جدًا لدرجة أن العدد الهائل من النجوم المحيطة بهما يجب أن يجمع الثقبين الأسودين الهائلين معًا. ومع ذلك، عندما يحدث هذا، فإن الطاقة المتسربة من الثنائي تقوم بإخراج الأجسام من المناطق المجاورة لها.
وهذا قريب بدرجة كافية من الثنائي، حيث فقد قلب B2 0402+379 النجوم والغاز، مما أدى إلى استنزاف الطاقة منه. ونتيجة لذلك، توقف تقدم هذين الثقبين الأسودين الهائلين مع اقترابهما من المرحلة النهائية قبل الاندماج.
توفر نتائج الفريق سياقًا مهمًا لتكوين الثقب الأسود الثنائي فائق الضخامة بعد عمليات الاندماج بين المجرات، ولكنها تدعم فكرة أن كتلة هذه الثنائيات جزء لا يتجزأ من أعقاب الثقب الأسود.
الفريق غير متأكد حاليًا مما إذا كان أكبر ثقبين أسودين في أثقل ثنائي تم اكتشافه على الإطلاق سيتجاوزان هذه الفجوة ويندمجان في النهاية، أو ما إذا كانا سيكونان محبوسين بشكل دائم في حالة لا يمكنهما الاندماج فيها.
وقال تيرث سورتي، المؤلف الرئيسي للدراسة وطالب جامعي في جامعة ستانفورد: “إننا نتطلع إلى مزيد من التحقيقات في قلب B2 0402 + 379 لمعرفة كمية الغاز الموجودة هناك”. “ينبغي أن يوفر هذا مزيدًا من التبصر حول ما إذا كانت الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تندمج في النهاية أم أنها تظل محاصرة كثنائية.”
إحدى الطرق التي يمكن بها إيقاف هذه المواجهة الهائلة هي إذا اندمجت مجرة أخرى B2 0402 + 379، مما أدى إلى إلقاء المزيد من النجوم والغاز وثقب أسود آخر هائل في المزيج، مما يخل بهذا التوازن الدقيق. وحقيقة أن B2 0402+379 هي مجرة أحفورية لم تتعرض لأي إزعاج لمليارات السنين تجعل هذا السيناريو ممكنًا.
ويؤكد البحث مدى فائدة البيانات الأرشيفية المستمدة من التلسكوبات مثل تلسكوب جيميني نورث، الذي انضم إلى تلسكوب جيميني ساوث الموجود على جبل في جبال الأنديز التشيلية لإنشاء مرصد جيميني الدولي، لعلماء الفلك.
وقال مارتن ستيل، مدير برنامج مرصد جيميني الدولي التابع لمؤسسة الأمة للعلوم: “يحتوي أرشيف البيانات الذي يخدم مرصد جيميني الدولي على منجم ذهب من الاكتشافات العلمية غير المستغلة”. “إن القياسات الجماعية لهذا الثقب الأسود الثنائي الهائل للغاية هي مثال مذهل على التأثير المحتمل للبحث الجديد الذي يستكشف هذا الأرشيف الغني.”
وقد تم نشر دراسة اللجنة مجلة الفيزياء الفلكية.