كما تعلم ، من الصعب جدًا اكتشاف الثقوب السوداء لأنها سوداء مثل الفضاء المحيط بها. لا يمكننا تحديد موقع الثقوب السوداء إلا في ظروف خاصة ، مثل عندما يقذفون غازًا من نجم قريب أو يندمجون معًا ، مما يؤدي إلى إطلاق تيار من موجات الجاذبية. إذن كم عدد الثقوب السوداء الموجودة؟ للإجابة على هذا السؤال ، يجب على الفلكيين اللجوء إلى الحسابات النظرية لعمل تقديرات.
مكونات الثقب الأسود
لإنشاء ثقب أسود ، تحتاج إلى إنشاء نجوم ، لأن الثقوب السوداء تنشأ عن موت النجوم. لذلك ، لمعرفة عدد الثقوب السوداء الموجودة في الكون ، كان على الباحثين الرجوع بضع خطوات إلى الوراء.
الخطوة الأولى هي نمذجة تطور المجرات على مدى بلايين السنين من التاريخ الكوني. بعد كل شيء ، تعد المجرات موطنًا للنجوم ، ويؤثر تطورها الشامل على عدد النجوم من كل نوع التي تظهر داخلها. على سبيل المثال ، يمكن لبعض المجرات أن تشكل باستمرار نجومًا جديدة عامًا بعد عام. قد يختبر البعض الآخر اندماجات ينتج عنها تكوين نجمي مكثف بشكل لا يصدق ، ولكن بعد ذلك يتلاشى ولا يفعل شيئًا.
لاحظ علماء الفلك إحصائيات المجرات طوال الوقت الكوني ، مشيرين إلى وجود اتجاه عام في معدل اندماج المجرات والتركيبة السكانية. عامل رئيسي آخر هو ما يسمى "معدنية" المجرة ، وهو مقياس لكمية العناصر غير الهيدروجين والهيليوم داخل المجرة (يطلق عليها علماء الفلك "المعادن"). تحتوي المجرات الأكبر حجمًا على كمية أكبر من الغاز ، مما يسمح لها بتكوين المزيد من النجوم. لكن المزيد من المعادن يمكن أن يحسن تبريد الغاز ، والذي بدوره يساعد المجرات على إنتاج نجوم جديدة بكفاءة أكبر.
وصفة الثقب الأسود
باستخدام وحدات البناء هذه ، يمتلك علماء الفلك نموذجًا للتجمع النجمي في المجرات يخبرهم بعدد النجوم الصغيرة والمتوسطة والكبيرة التي تظهر في الكون. ثم احتاجوا إلى تتبع تطور - والأهم من ذلك موت - هذه النجوم. للقيام بذلك ، لجأوا إلى النمذجة ، التي تربط خصائص نجم معين (كتلته ومعدنيته) بعمره والموت المحتمل. فقط جزء صغير من النجوم الأكبر تولد ثقوبًا سوداء ، وهذه المحاكاة تخبر علماء الفلك عن النسبة المئوية للنجوم في المجرة التي تنطفئ كل عام.
كان على علماء الفلك بعد ذلك تتبع تطور الأنظمة الثنائية ، حيث يمكن للثقوب السوداء أن تغذي النجوم الشقيقة ، وتغذيها بالغاز. وبالتالي ، فإن الثقب الأسود المتكون في نظام ثنائي سيتضح في النهاية أنه أكبر من الثقب الأسود المولود بمفرده.
مع تقدم الثقوب السوداء في العمر ، تستمر في التغذي على أي غاز محيط ، وهو ما يقدره علماء الفلك أيضًا. أخيرًا ، أحيانًا تجد الثقوب السوداء بعضها البعض في ظلام الفضاء البينجمي وتندمج معًا. وبالتالي ، لإجراء مسح دقيق ، كان على علماء الفلك تقدير معدل اندماج الثقوب السوداء في كل مجرة.
تعداد كبير للثقوب السوداء
بتجميع كل ذلك معًا ، تمكن علماء الفلك من تتبع عدد سكان الثقوب السوداء على مدى مليارات السنين. قاموا بعمل ما يسمى بـ "وظيفة الكتلة" ، وهو نوع من الإحصاء الفلكي لعدد الثقوب السوداء من كل حجم في أي وقت.
ليس من المستغرب أن تكون أكبر الثقوب السوداء ، والتي تسمى الثقوب السوداء فائقة الكتلة ، أكثر ندرة من نظيراتها الأصغر. وجد الباحثون أنه في كل ميغا فرسخ مكعبة من الفضاء (حيث يبلغ الميجابرسك مليون فرسخ أو 1 مليون سنة ضوئية) ، يحتوي كوننا على حوالي 3,26 مليون ثقب أسود بكتلة الشمس. إذا كانت كتلة كل ثقب أسود تساوي عدة أضعاف كتلة الشمس ، فهذا يعني أن هناك حوالي 50 ملايين ثقب أسود فردي في نفس الحجم.
لوضع هذا في المنظور ، فإن المقدار الإجمالي للكتلة الموجودة في الثقوب السوداء هو حوالي 10٪ من الكتلة الموجودة في النجوم. لذلك ، من بين كل النجوم التي تراها في سماء الليل ، هناك العديد من الثقوب السوداء المختبئة. من ناحية أخرى ، فإن الثقوب السوداء الهائلة نادرة للغاية ، وعادة ما تكون كل مجرة موطنًا لواحد فقط من هذه الوحوش. في المجموع ، تشكل الثقوب السوداء حوالي 1٪ من كل المادة الباريونية (غير المظلمة) في الكون اليوم.
اقرأ أيضا:
- تم اكتشاف ثقب أسود في مجموعة نجمية خارج مجرتنا
- قام علماء الفيزياء بطريق الخطأ باكتشاف جديد حول الثقوب السوداء