من خلال رسم خرائط دقيقة لنجوم مجرتنا درب التبانة ، يمكننا تحديد الميزات التي تخبرنا بقصتها. وتشمل هذه التفاصيل المحلية ، مثل النجوم التي مرت عبر منطقة من خلالها شيء ما لتتمكن من اكتشاف الأرض. وهي تتضمن هياكل أكبر بكثير ، مثل مسارات النجوم التي خلفتها مجرات أصغر اندمجت مع مجرتنا.
لكن إحدى الميزات التي اكتشفناها كانت مربكة بعض الشيء: مسارات النجوم صغيرة جدًا ورقيقة جدًا بحيث لا يمكن أن تأتي من اصطدام المجرات. هناك العشرات لم نحدد مصدرها. يشير حجمهم إلى أنهم أتوا من أ الكتلة الكروية، ولكن لا توجد آلية واضحة تسمح لهذه العناقيد بإخراج النجوم بسرعة كافية لتوليد هذا النوع من التدفق.
الآن ، اقترح فريق من الباحثين آلية غير واضحة تمامًا: بمرور الوقت ، يمكن أن تهيمن الثقوب السوداء على المجموعات العنقودية التي تقذف كل النجوم.
التفصيل
العناقيد الكروية هي مجموعات كثيفة من النجوم تدور معًا حول مجرة درب التبانة. ترتبط بخطورتها المتبادلة. ستؤدي التفاعلات المعقدة حتمًا إلى إخراج بعض النجوم ، ولكن ليس بمعدل ملموس ، مما يجعل العناقيد شديدة التحمل.
ومع ذلك ، بدأ الباحثون عملهم بفحص مجموعة كروية غير عادية تسمى بالومار 5. وهي تمتلك ذيلًا واسعًا من النجوم الضالة وكتلتها الكلية صغيرة نسبيًا ، مما يجعلها منتشرة مقارنة بالعناقيد الأخرى التي درسناها. تجعل الكثافة المنخفضة من السهل على Palomar 5 أن يفقد النجوم ، ولكن قد يكون سبب ذلك أيضًا هو فقدان النجوم السابق ، مما تسبب في مشكلة الدجاج والبيض. لذلك قرر الباحثون وضع نموذج لتطور العناقيد الكروية ومحاولة إيجاد نموذج يمكنه إنتاج شيء يشبه بالومار 5.
ابتكر الباحثون نموذجًا يأخذ مجموعة من النجوم ويضع نماذج لتفاعلات جاذبيتها مع بعضها البعض ومع مجرة درب التبانة أثناء دورانها حول مركز المجرة. من خلال مساعدة مجموعة من وحدات معالجة الرسومات و البرنامج المناسب، لقد تمكنوا من تشغيل هذه المحاكاة لمليارات السنين. من خلال تغيير الإعدادات ، تمكنوا من العثور على العوامل المرتبطة بالمجموعات التي انتهى بها الأمر إلى أن تبدو مثل Palomar 5.
تبين أن المكون السري هو الثقوب السوداء. عندما بقيت الثقوب السوداء في الكتلة بعد تكوينها ، مما يعني أن المستعر الأعظم لم يرسل ما يكفي من الحركة لإرسالها بعيدًا في مكان آخر من المجرة ، فإنها تقذف تدريجياً ما يقرب من 90٪ من الكتلة. يؤدي هذا إلى انخفاض كثافة الكتلة بمقدار ثلاث مرات تقريبًا من حيث الحجم ، جزئيًا عن طريق إخراج النجوم وجزئيًا عن طريق الثقوب السوداء التي تطارد الغاز والمواد الأخرى عن طريق تسخينها.
في النموذج الذي يتطابق بشكل أفضل مع Palomar 5 ، انتهى المطاف بالعنقود بما يقرب من ربع محتواه من الثقوب السوداء ، مع 124 منهم في المجموع. كانت هذه الثقوب السوداء أيضًا أكبر بشكل ملحوظ مما كانت عليه عندما تشكلت (كان متوسط الكتلة حوالي 17 ضعف كتلة الشمس) ، مما يشير إلى أنها إما قد تغذت بكثافة أو خضعت لعمليات اندماج.
المستقبل مظلم
نظر الباحثون أيضًا في النماذج التي لم تنتج عناقيد تشبه بالومار 5 لفهم كيف يمكن للثقوب السوداء أن تؤثر على تطور الحشود الكروية. العامل الرئيسي الذي يحدد ما إذا كان العنقود لديه مستقبل غني بالثقوب السوداء هو كثافته الأولية. إذا كان العنقود النجمي كثيفًا بدرجة كافية ، فإن تفاعلات الجاذبية تميل إلى إخراج الثقوب السوداء قبل أن تتمكن من السيطرة.
إذا اتبعت الكتلة هذا المسار ، فإنها ستخرج أكثر من نصف نجومها على مدى ثلاثة مليارات سنة ، وهذا معدل كافٍ لإنشاء مسارات النجوم التي بدأت هذا التحقيق.
في التجمعات منخفضة الكثافة ، ينتهي الأمر بالثقوب السوداء بالقرب من المركز ويتم إخراج النجوم بدلاً من ذلك. يقول الباحثون أنه في ظل ظروف معينة ، يمكن للعنقود أن يتطور إلى النقطة التي يكون فيها في الأساس ثقبًا أسودًا بنسبة 100٪ ، مع طرد جميع النجوم تقريبًا.
يتمثل الضعف الكبير في النموذج في أنه لا يتضمن التفاعلات بين النجوم والثقوب السوداء والغاز الموجود في العنقود. يمكن أن يتوسط آخر هذه العوامل ، وهو الغاز ، الاحتكاك الذي يمكن أن يبطئ الأجسام ويمنع طردها ، ولكن تم استبعاده من النموذج.
على الجانب الإيجابي ، يمكن التحقق من هذا مقابل الواقع. تشير حقيقة أن الذيول يتم إنتاجه في الغالب خلال المراحل النهائية لبعض العناقيد إلى أن جزءًا فقط من العناقيد الكروية في مجرة درب التبانة يجب أن يكون ، حوالي أربعة. ويجب أن يكون تتبع حركة النجوم داخل العنقود قادرًا على اكتشاف تأثير الجاذبية للثقوب السوداء ، مما يسمح لنا بالحصول على تقدير لعددهم. لذلك من المحتمل أن يتم اختبار هذه الفكرة قبل أن يكون لدينا وحدات معالجة الرسومات قوية بما يكفي لتشغيل عمليات محاكاة مماثلة تتضمن الغاز.
علم فلك الطبيعة، 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01392-2 (حول DOIs).
