تم اكتشاف ثقبين أسودين هائلين في تصادم “المجرات الأحفورية” ضخمان للغاية لدرجة أنهما يرفضان الاصطدام والاندماج. يمكن لهذا الاكتشاف أن يفسر لماذا، على الرغم من التنبؤ نظريًا باندماجات الثقوب السوداء الهائلة، إلا أنه لم تتم ملاحظتها مطلقًا.
يقع نظام الثقب الأسود الهائل في المجرة الإهليلجية B2 0402+379. ويبلغ الكتلة المشتركة للثقبين الأسودين معًا 28 مليار أكبر من حجم الشمس بمرتين، مما يجعله أضخم ثقب أسود ثنائي تمت رؤيته على الإطلاق. بالإضافة إلى ذلك، فإن المكونات الثنائية لهذا النظام هي الأقرب إلى زوج من الثقوب السوداء الهائلة، ويفصل بينهما 24 سنة ضوئية فقط.
إنه الثقب الأسود الثنائي الهائل الوحيد الذي تم حله بتفاصيل كافية للسماح برؤية 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: تم العثور على أقرب زوج من الثقوب السوداء فائقة الكتلة إلى الأرض في حطام اصطدام مجري
يعتقد الفريق الذي اكتشف الثنائي في البيانات التي جمعها تلسكوب جيميني نورث في هاواي أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة مُنعت من الاندماج بسبب كتلتها الهائلة.
وقال روجر روماني، عضو الفريق، أستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد، في بيان صحفي: “في العادة، يبدو أن المجرات التي تحتوي على أزواج من الثقوب السوداء الأخف وزنا لديها ما يكفي من النجوم والكتلة لجمعها معا بسرعة”. إفادة. “نظرًا لأن هذا الزوج ثقيل جدًا، فقد تطلب الأمر الكثير من النجوم والغاز للقيام بهذه المهمة. لكن الثنائي سافر عبر المجرة المركزية لهذه المادة، وتركها في حالة توقف تام.”
زوج من الثقوب السوداء الهائلة غير متوافق… حتى الآن
B2 0402+379 عبارة عن “عنقود أحفوري” يمثل ما يحدث عندما تندمج مجموعة مجرات كاملة من النجوم والغاز في مجرة واحدة ضخمة. تشير الكتلة الهائلة للثقبين الأسودين الهائلين الموجودين في مركزه إلى أن سلسلة من عمليات الاندماج بين الثقوب السوداء الأصغر حجمًا قد خلقتهما عندما التقت واندمجت عدة مجرات في العنقود.
ويعتقد العلماء أن في قلب معظم المجرات، إن لم يكن كلها، يوجد ثقب أسود هائل كتلته تعادل ملايين أو مليارات الشموس. لا يمكن لأي نجم أن ينهار ليؤدي إلى مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة، ولهذا السبب يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تولد عبر سلاسل من الاندماجات بين الثقوب السوداء الأكبر والأكبر على التوالي.
عندما تتصادم المجرات نفسها وتندمج، يفترض العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في قلوبها تتحرك معًا، لتشكل اقترانًا ثنائيًا. عندما تدور هذه الثقوب السوداء حول بعضها البعض، تبعث تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية التي تحول الزخم الزاوي بعيدًا عن الثنائي، مما يتسبب في اقتراب الثقوب السوداء من بعضها البعض.
في النهاية، عندما تكون الثقوب السوداء قريبة بدرجة كافية من بعضها البعض، يجب أن تتولى قوة الجاذبية الخاصة بها، وتتصادم الثقوب السوداء وتندمج، تمامًا كما فعلت الثقوب السوداء التي تصادمت لتكوينها. والسؤال هو: هل يمكن لبعض الثقوب السوداء الهائلة أن تكون ضخمة جدًا بحيث يمكن منع مثل هذا الاصطدام؟
لفهم نظام الوزن الثقيل للثقب الأسود بشكل أفضل، لجأ الفريق إلى البيانات الأرشيفية التي تم جمعها بواسطة مطياف جيميني نورث متعدد الأجسام (GSO) التابع لجيميني نورث. وهذا يسمح لهم بتحديد سرعة النجوم القريبة من الثقبين الأسودين الهائلين، وبالتالي الكتلة الإجمالية لهذين الثقبين الأسودين.
وأضاف روماني: “لقد أتاحت لنا الحساسية الممتازة لنظام GMOS رسم خريطة للسرعات المتزايدة للنجوم مع اقترابنا من مركز المجرة”. “بفضل هذا، تمكنا من استنتاج الكتلة الإجمالية للثقوب السوداء الموجودة هناك“.
اندماج متوقف
كتلة الثقبين الأسودين في النظام كبيرة جدًا لدرجة أن الفريق يعتقد أن الأمر سيتطلب عددًا كبيرًا بشكل استثنائي من النجوم حولهما لجمع الثقوب السوداء الهائلة معًا. ومع ذلك، عندما حدث ذلك، قامت الطاقة الصادرة عن الثنائيات بطرد المادة بعيدًا عن المنطقة المجاورة لها.
ترك هذا مركز B2 0402+379 خاليًا من النجوم والغاز بالقرب بما يكفي من الثنائي لاستخراج الطاقة. ونتيجة لذلك، توقف تقدم هذين الثقبين الأسودين الهائلين تجاه بعضهما البعض مع اقترابهما من المراحل النهائية قبل الاندماج.
توفر نتائج الفريق سياقًا مهمًا فيما يتعلق بتكوين الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة بعد عمليات اندماج المجرات، ولكنها تدعم أيضًا فكرة أن كتلة هذه الثنائيات هي المفتاح لمنع الثقوب السوداء من أن تحذو حذوها.
لا يعرف الفريق حاليًا ما إذا كان هذان الثقبان الأسودان الهائلان في هذا الثنائي الأثقل الذي تم اكتشافه على الإطلاق سيتغلبان على هذا التوقف المؤقت للاندماج في النهاية، أو ما إذا كانا سيظلان محبوسين بشكل دائم في طي النسيان الاندماجي.
قال تيرث سورتي، المؤلف الرئيسي للبحث وطالب جامعي في جامعة ستانفورد: “إننا نتطلع إلى مواصلة التحقيقات في قلب B2 0402 + 379، حيث سنفحص كمية الغاز الموجودة”. “يجب أن يمنحنا هذا فهمًا أفضل حول ما إذا كانت الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تندمج في النهاية أم أنها ستظل عالقة في شكل ثنائي.”
إحدى الطرق لإنهاء هذا المأزق الهائل هي دمج مجرة أخرى مع B2 0402 + 379، وبالتالي إلقاء المزيد من النجوم والغاز وثقب أسود آخر فائق الكتلة في المزيج والإخلال بهذا التوازن الدقيق. ومع ذلك، فإن حقيقة أن B2 0402+379 هي مجرة أحفورية سليمة منذ مليارات السنين، تجعل هذا السيناريو محتملًا.
الشيء الوحيد الذي يضمنه هذا البحث هو فائدة البيانات الأرشيفية من التلسكوبات مثل Gemini North، التي تشترك مع تلسكوب Gemini South الموجود على جبل في جبال الأنديز التشيلية لتشكيل مرصد Gemini الدولي، لعلماء الفلك.
وقال مارتن ستيل، مدير برنامج مؤسسة العلوم الوطنية في مرصد الجوزاء الدولي: “يحتوي أرشيف بيانات مرصد الجوزاء الدولي على منجم ذهب من الاكتشافات العلمية غير المستغلة”. “إن القياسات الجماعية لهذا الثقب الأسود الثنائي الهائل هي مثال مثير للإعجاب على التأثير المحتمل للبحث الجديد الذي يستكشف هذا الأرشيف الغني.”
يتم نشر بحث الفريق في مجلة الفيزياء الفلكية.
