درب التبانة لديها ثقب أسود كبير جديد، وهو يختبئ بالقرب من الأرض! تم اكتشاف هذا العملاق النائم باستخدام تلسكوب غايا الفضائي الأوروبي، الذي يتتبع حركة مليارات النجوم في مجرتنا.
تنشأ الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية عندما ينفد وقود نجم كبير وينهار. ويعد هذا الاكتشاف الجديد علامة فارقة مهمة، حيث إنها المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف ثقب أسود كبير من هذا القبيل بالقرب من الأرض.
الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية، المسمى Gaia-BH3، أكبر بـ 33 مرة من شمسنا. وكان الثقب الأسود الأضخم السابق من هذه الفئة الذي تم اكتشافه في مجرة درب التبانة عبارة عن ثقب أسود في ثنائي الأشعة السينية في كوكبة الدجاجة (Cyg X-1)، والتي تقدر كتلتها بنحو 20 مرة ضعف كتلة الشمس. ويبلغ متوسط حجم الثقب الأسود النجمي في مجرة درب التبانة أثقل من الشمس بحوالي 10 مرات.
يقع Gaia-BH3 على بعد 2000 سنة ضوئية فقط من الأرض، مما يجعله ثاني أقرب ثقب أسود يتم اكتشافه لكوكبنا على الإطلاق. أقرب ثقب أسود إلى الأرض هو Gaia-BH1 (الذي اكتشفه أيضًا Gaia)، ويقع على بعد 1560 سنة ضوئية. تبلغ كتلة Gaia-BH1 حوالي 9.6 مرة كتلة الشمس، مما يجعلها أصغر بكثير من هذا الثقب الأسود المكتشف مؤخرًا.
متعلق ب: منظر جديد للثقب الأسود الهائل في قلب درب التبانة يلمح إلى ميزة مخفية مثيرة (صورة)
“إن العثور على Gaia BH3 يشبه اللحظة في فيلم “The Matrix” حيث يبدأ Neo في “رؤية” المصفوفة،” جورج سيبروك، عالم في مختبر Mullard لعلوم الفضاء في جامعة كوليدج لندن وعضو في قوة مهمة الثقب الأسود لـ Gaia . قال في بيان أرسل إلى Space.com. “في حالتنا، “المصفوفة” هي مجموعة من الثقوب السوداء النجمية الخاملة في مجرتنا، والتي كانت مخفية عنا قبل أن يكتشفها جايا.”
وأضاف سيبروك أن Gaia BH3 يعد دليلًا مهمًا لهذه المجموعة، لأنه أضخم ثقب أسود نجمي موجود في مجرتنا.
وبطبيعة الحال، فإن Gaia-BH3 صغير جدًا مقارنة بالثقب الأسود الهائل الذي يسيطر على قلب مجرة درب التبانة، Sagittarius A* (Sgr A*)، الذي تبلغ كتلته 4.2 مليون مرة كتلة الشمس. الثقوب السوداء الهائلة مثل القوس A* لا تنشأ عن موت النجوم الضخمة، بل عن طريق اندماج ثقوب سوداء أكبر حجمًا.
تسبب ثقب أسود عملاق نائم في قيام رفيقه النجمي بإطلاق طائرة متذبذبة
تتميز جميع الثقوب السوداء بحدود خارجية تسمى أفق الحدث، حيث تتجاوز سرعة الهروب من الثقب الأسود سرعة الضوء. وهذا يعني أن أفق الحدث هو سطح ذو اتجاه واحد يحبس الضوء ولا يمكن لأي معلومات الهروب بعده.
ونتيجة لذلك، فإن الثقوب السوداء لا تبعث الضوء ولا تعكسه، مما يعني أنه لا يمكن “رؤيتها” إلا عندما تكون محاطة بمادة تتغذى عليها تدريجياً. ويعني هذا أحيانًا وجود ثقب أسود في نظام ثنائي يستخرج المادة من نجم مرافق، مما يشكل قرصًا من الغاز والغبار حوله.
يؤدي تأثير الجاذبية الهائل للثقوب السوداء إلى توليد قوى مد وجزر مكثفة في المادة المحيطة، مما يجعلها تتوهج بالمواد التي يتم تدميرها واستهلاكها، كما تنبعث منها الأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن توجيه المادة التي لا يتغذى عليها الثقب الأسود نحوها وتنطلق أقطابها على شكل نفاثات تقترب من سرعة الضوء، ويصاحبها انبعاث للضوء.
كل هذه الانبعاثات الضوئية يمكن أن تسمح لعلماء الفلك برصد الثقوب السوداء. والسؤال هو كيف يمكن اكتشاف الثقوب السوداء “الخاملة” التي لا تتغذى على الغاز والغبار المحيط بها؟ على سبيل المثال، ماذا يحدث إذا كان للثقب الأسود ذو الكتلة النجمية نجم مرافق، لكن الاثنين منفصلان على نطاق واسع جدًا بحيث لا يستطيع الثقب الأسود تمزيق المادة النجمية بعيدًا عن شريكها الثنائي؟
وفي مثل هذه الحالات، يدور الثقب الأسود والنجم المرافق له حول نقطة تمثل مركز كتلة النظام. وهذا هو الحال أيضًا عندما يدور حول نجم رفيق مضيء، مثل نجم آخر أو حتى كوكب.
ويؤدي دورانه حول مركز الكتلة إلى تذبذب في حركة النجم، وهو ما يراه علماء الفلك. وبما أن غايا قادرة على قياس حركة النجوم بدقة، فهي الأداة المثالية لمراقبة هذا التذبذب.
انطلقت مجموعة عمل الثقب الأسود التابعة لجايا للبحث عن تذبذبات غريبة لا يمكن تفسيرها بوجود نجم أو كوكب آخر، والتي تشير إلى رفيق أثقل، ربما ثقب أسود.
وبالتوجه نحو نجم قديم عملاق في كوكبة أكويلا، التي تقع على بعد 1926 سنة ضوئية من الأرض، اكتشف الفريق تمايلًا في مسار النجم. يشير هذا التذبذب إلى أن النجم مقيد بحركة مدارية مع ثقب أسود خامل ذو كتلة عالية بشكل استثنائي. وتفصل بينهما مسافة تتراوح بين المسافة بين الشمس ونبتون في أبعدهما ونجمنا والمشتري في أقربهما.
وقال باسكوالي بانوزو، الباحث الرئيسي في مرصد باريس في فرنسا، في بيان: “إنه وحيد القرن الحقيقي”. “هذا هو نوع الاكتشاف الذي تقوم به مرة واحدة في حياتك كباحث. حتى الآن، لم يتم اكتشاف الثقوب السوداء بهذا الحجم إلا في المجرات البعيدة من خلال التعاون بين LIGO-Virgo-KAGRA، وذلك بفضل مراقبة موجات الجاذبية.”
متعلق ب: ما هي موجات الجاذبية؟
باستخدام حساسية جايا، تمكنت فرقة عمل الثقب الأسود أيضًا من وضع قيود على كتلة Gaia-BH3، ووجدت أنها تمتلك 33 كتلة شمسية.
وقال تسيفي مازيه، العالم وعضو تعاون غايا في جامعة تل أبيب: “إن Gaia-BH3 هو أول ثقب أسود تمكنا من قياس كتلته بدقة شديدة”. “La masse de l'objet, 30 fois supérieure à celle de notre soleil, est typique des estimations dont nous disposons pour les masses des trous noirs très éloignés observés par les expériences sur les ondes gravitationnelles. Les mesures de Gaia fournissent la première preuve incontestable ان [stellar-mass] مثل هذه الثقوب السوداء الثقيلة موجودة.”
ومع ذلك، من المؤكد أن نظام Gaia-BH3 سيثير اهتمام العلماء بما يتجاوز قربه من الأرض وكتلة ثقبه الأسود.
ونجم هذا النظام هو نجم تحت عملاق يبلغ حجمه حوالي خمسة أضعاف حجم الشمس ويضاهيها 15 مرة، رغم أنه أكثر برودة وأقل كثافة من نجمنا. يتكون النجم المرافق Gaia-BH3 بشكل أساسي من الهيدروجين والهيليوم، وهما أخف عنصرين في الكون، ويفتقران إلى العناصر الأثقل، والتي يسميها علماء الفلك (بشكل مربك إلى حد ما) “المعادن”.
تشير حقيقة أن هذا النجم “فقير بالمعادن” إلى أن النجم الذي انهار ومات لتكوين Gaia-BH3 كان يفتقر أيضًا إلى العناصر الأثقل. من المتوقع أن تفقد النجوم الفقيرة بالمعادن كتلة أكبر من نظيراتها الغنية بالمعادن على مدى حياتها، لذلك يتساءل العلماء عما إذا كان بإمكانهم الحفاظ على كتلة كافية لنشوء الثقوب السوداء. يمثل Gaia-BH3 أول دليل على أن النجوم الفقيرة بالمعادن يمكنها فعل ذلك.
واختتم سيبروك حديثه قائلاً: “من المتوقع أن يحتوي الإصدار التالي من بيانات جايا على المزيد، مما سيساعدنا على رؤية المزيد من المصفوفة وفهم كيفية تشكل الثقوب السوداء النجمية الخاملة”.
تم نشر بحث الفريق اليوم (16 أبريل) في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
