استخدام بيانات التلسكوب الأرشيفية الجوزاء الشماليةقام علماء الفلك بقياس أثقل زوج من الثقوب السوداء الهائلة التي تم العثور عليها على الإطلاق. إن اندماج ثقبين أسودين هائلين هو ظاهرة تم التنبؤ بها منذ فترة طويلة، ولكن لم يتم ملاحظتها مطلقًا. يقدم هذا الزوج الضخم أدلة حول سبب عدم احتمال حدوث مثل هذا الحدث في الكون.
تحتوي كل مجرة ضخمة تقريبًا على ثقب أسود هائل في مركزها. عندما تندمج مجرتان، يمكن أن يشكل ثقباهما الأسودان زوجًا ثنائيًا، أي أن يكونا في مدار محدد مع بعضهما البعض. من المفترض أن هذه الأزواج الثنائية من المقدر لها أن تندمج مع مرور الوقت، ولكن لم يتم ملاحظة ذلك مطلقًا. لقد كانت مسألة ما إذا كان مثل هذا الحدث ممكنًا موضوعًا للنقاش بين علماء الفلك لعقود من الزمن.
استخدم علماء الفلك بيانات من تلسكوب جيميني نورث في هاواي، وهو نصف مرصد جيميني الدولي الذي يديره NOIRLab التابع للمعهد الوطني للفيزياء، لتحليل الثقب الأسود الثنائي الهائل الموجود في المجرة الإهليلجية B2 0402+379. وهو الثقب الأسود الثنائي الهائل الوحيد الذي تمت رؤيته بتفاصيل كافية لرؤية كلا الجسمين بشكل منفصل، ويحمل الرقم القياسي لأقصر مسافة تم قياسها مباشرة، وهي 24 سنة ضوئية فقط. في حين أن هذه المسافة القريبة تبشر بالخير لاندماج قوي، فقد كشفت المزيد من التحقيقات أن الزوجين ظلا عالقين في هذه المسافة لأكثر من ثلاثة مليارات سنة، الأمر الذي يطرح السؤال: ما هو سبب التأخير؟
لفهم ديناميكيات هذا النظام واندماجه المتوقف بشكل أفضل، لجأ الفريق إلى البيانات الأرشيفية من جهاز Gemini North Multi-Object Spectrograph (GMOS)، والذي سمح لهم بتحديد سرعات النجوم في محيط الثقوب السوداء.
وقال روجر روماني، أستاذ الفيزياء في جامعة ستانفورد والمؤلف المشارك في الدراسة: "إن الحساسية الملحوظة لـ GMOS أتاحت لنا رسم خريطة للزيادة في سرعة النجوم عند اقترابها من مركز المجرة". "بفضل هذا، تمكنا من التوصل إلى نتيجة حول الكتلة الإجمالية للثقوب السوداء الموجودة هناك."
يقدر الفريق أن كتلة الثقب الأسود الثنائي تبلغ 28 مليار مرة كتلة الشمس، مما يجعل الزوج أثقل ثقب أسود ثنائي تم قياسه على الإطلاق. لا يوفر هذا القياس سياقًا قيمًا لتكوين النظام الثنائي وتاريخ المجرة المضيفة فحسب، بل يؤكد أيضًا النظرية القديمة القائلة بأن كتلة الثقب الأسود الثنائي فائق الكتلة تلعب دورًا رئيسيًا في كبح الاندماج المحتمل.
وقال مارتن ستيل، مدير برنامج NSF في مرصد جيميني الدولي: "يحتوي أرشيف بيانات مرصد جيميني الدولي على منجم ذهب من الاكتشافات العلمية غير المستغلة". "يعد قياس كتلة هذا الثقب الأسود الثنائي الهائل مثالًا صارخًا على التأثير المحتمل للبحث الجديد الذي يدرس هذا الأرشيف الغني."
إن فهم كيفية تشكل هذا الثنائي يمكن أن يساعد في التنبؤ بمدى ومتى سيندمج، حيث تشير العديد من الأدلة إلى أن الزوج قد تشكل من اندماج مجرات متعددة. أولاً، B2 0402+379 هو "عنقود أحفوري"، أي نتيجة اندماج النجوم والغازات من مجموعة كاملة من المجرات في مجرة واحدة ضخمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود ثقبين أسودين فائقي الكتلة، بالإضافة إلى كتلتهما الكبيرة مجتمعة، يشير إلى أنهما تشكلا من اندماج عدة ثقوب سوداء أصغر حجمًا من مجرات مختلفة.
بعد اندماج المجرات، لا تتصادم الثقوب السوداء الهائلة وجهاً لوجه. وبدلاً من ذلك، يبدأون في التحليق بالقرب من بعضهم البعض، ويستقرون في مدار محدود. ومع كل مرور، تنتقل الطاقة من الثقوب السوداء إلى النجوم المحيطة بها. ومع فقدان الطاقة، يقترب الزوجان أكثر فأكثر حتى تفصل بينهما سنوات ضوئية، حيث يتولى إشعاع الجاذبية ويندمجان. تمت ملاحظة هذه العملية بشكل مباشر في أزواج من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية - تم تسجيل الحالة الأولى في عام 2015 بفضل اكتشاف موجات الجاذبية - ولكن لم يتم ملاحظتها مطلقًا في الأنظمة الثنائية فائقة الكتلة.
ومع المعرفة الجديدة بكتلة النظام الكبيرة للغاية، خلص الفريق إلى أن الأمر سيستغرق عددًا كبيرًا جدًا من النجوم لإبطاء مدار النظام الثنائي بدرجة كافية لتقريبها من بعضها البعض. وفي هذه العملية، يبدو أن الثقوب السوداء قد قذفت كل المادة المحيطة بها تقريبًا، تاركة قلب المجرة خاليًا من النجوم والغاز. مع عدم وجود المزيد من المواد التي تزيد من تباطؤ مدار الزوج، توقف اندماجهما في مراحله النهائية.
يقول روماني: "يبدو أن المجرات ذات أزواج الثقوب السوداء الأخف وزنا تحتوي على ما يكفي من النجوم والكتلة للاقتراب بسرعة". "لأن هذا الزوج ثقيل جدًا، فهو يحتاج إلى الكثير من النجوم والغاز لإنجاز المهمة. لكن الثنائي طهر المجرة المركزية من هذه المادة، وتركها مجمدة ومتاحة لدراستنا".
ويبقى أن نرى ما إذا كانت هذه الكواكب ستتغلب على الركود وتندمج في نهاية المطاف خلال ملايين السنين، أو ستظل في طي النسيان المداري إلى الأبد. وإذا اندمجا، فإن موجات الجاذبية الناتجة ستكون أقوى 100 مليون مرة من تلك الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية.
من الممكن أن يتمكن الزوجان من التغلب على هذه المسافة النهائية من خلال اندماج مجري آخر، والذي من شأنه أن يضخ مواد إضافية إلى النظام، أو ربما ثقب أسود ثالث، لإبطاء مدار الزوج بما يكفي للاندماج. ومع ذلك، نظرًا لحالة B2 0402+379 كعنقود أحفوري، فمن غير المرجح حدوث اندماج مجري جديد.
قال تيرث سورتي، طالب دراسات عليا في جامعة ستانفورد والمؤلف الرئيسي للدراسة: "إننا نتطلع إلى مزيد من الدراسات حول قلب B2 0402 + 379، حيث سنرى كمية الغاز التي يحتوي عليها". "سيعطينا هذا مزيدًا من التبصر حول ما إذا كانت الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تندمج مع مرور الوقت، أو ما إذا كانت ستبقى كنظام ثنائي."
اقرأ أيضا: