علماء الفلك يكتشفون زوجًا قريبًا من الثقوب السوداء فائقة الكتلة لأول مرة

اكتشف الباحثون زوجًا من الثقوب السوداء فائقة الكتلة يدوران بشكل وثيق في ماركاريان 501 من خلال تتبع نفاثتين من الجسيمات. يمكن أن يندمج النظام الثنائي في غضون 100 عام وقد ينتج عنه اكتشافات موجات الجاذبية.

تشير الأدلة الحالية إلى أن كل مجرة ​​كبيرة تقريبًا تحتوي على مجرة ​​فائقة الكتلة الثقب الأسود في مركزها، وتتراوح كتلتها من ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس. يبقى السؤال الرئيسي الذي لم تتم الإجابة عليه هو كيفية نمو هذه الكائنات إلى هذا الحد. إن تراكم (تراكم) الغاز من المناطق المحيطة بها وحده سيكون بطيئًا للغاية، مما يشير إلى أن الاندماجات مع الثقوب السوداء الضخمة الأخرى تلعب دورًا حاسمًا في نموها.

تعد اصطدامات المجرات أمرًا شائعًا في جميع أنحاء الكون، مما يجعل من المحتمل أن تندمج الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكزها أيضًا في النهاية. قبل الاندماج في جسم واحد، من المتوقع أن يدور الثقبان الأسودان حول بعضهما البعض بينما يقتربان تدريجيًا من بعضهما البعض.

ومع ذلك، فقد ناضل العلماء لصياغة المراحل النهائية من هذه العملية بدقة. على الرغم من تكرار عمليات اندماج المجرات على فترات زمنية كونية، لم يتم تحديد أي زوج قريب من الثقوب السوداء فائقة الكتلة بشكل نهائي. قدمت دراسة جديدة للمجرة ماركاريان 501 (Mrk 501) في كوكبة هرقل أدلة دامغة.

اكتشف فريق دولي بقيادة سيلك بريتزن من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR) في بون علامات مباشرة لزوج من الثقوب السوداء الهائلة في مركز Mrk 501. وقد نُشرت النتائج في المجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

تكشف النفاثتان التوأم عن زوج من الثقوب السوداء المخفية

ينتج الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز Mrk 501 دفقًا قويًا من الجسيمات التي تنتقل عبر الفضاء بسرعة تقارب سرعة الضوء. وللتحقق من المنطقة، قام الباحثون بفحص عمليات الرصد عالية الدقة التي تغطي ترددات راديوية متعددة. تم جمع البيانات على مدار 23 عامًا تقريبًا عبر عشرات جلسات المراقبة. وبدلاً من العثور على طائرة واحدة فقط، حدد الفريق طائرة ثانية أيضًا.

توفر الملاحظات أول صورة مباشرة لهذا النوع من النظام في مركز المجرة وتقدم دليلا قويا على وجود ثقب أسود ثان هائل. وقالت سيلك بريتزن: “لقد بحثنا عنها لفترة طويلة، ثم كانت مفاجأة تامة أننا لم نتمكن من رؤية طائرة ثانية فحسب، بل تمكنا أيضًا من تتبع حركتها”.

يتم توجيه التدفق الأول نحو الأرض، مما يجعلها تبدو مشرقة بشكل استثنائي وتسمح لعلماء الفلك بدراستها لسنوات عديدة. وتشير الطائرة الثانية إلى اتجاه مختلف، مما جعل اكتشافها أكثر صعوبة. وفي غضون بضعة أسابيع فقط، سجل الباحثون تغييرات كبيرة. تخرج التدفقات الثانية من خلف الثقب الأسود الأكبر وتتحرك حوله بعكس اتجاه عقارب الساعة بنمط متكرر.

أوضحت سيلك بريتزن: “شعرنا بتقييم البيانات وكأننا على متن سفينة. النظام النفاث بأكمله في حالة حركة. يمكن لنظام من ثقبين أسودين أن يفسر ذلك: يتأرجح المستوى المداري”.

خلال إحدى عمليات المراقبة في يونيو 2022، اتبع الإشعاع الصادر من النظام مسارًا مشوهًا لدرجة أنه ظهر على شكل حلقة، تُعرف باسم حلقة أينشتاين. التفسير الأكثر ترجيحًا هو أن النظام كان متوافقًا تمامًا مع الأرض. بعد ذلك، عمل الثقب الأسود الموجود في المقدمة كعدسة جاذبية، مما أدى إلى ثني الضوء القادم من الدفقة الثانية التي خلفه.

دليل على وجود ثقب أسود ثنائي يدور بسرعة

ومن خلال دراسة التغيرات طويلة المدى وأنماط السطوع المتكررة في النفاثات، خلص الباحثون إلى أن الثقبين الأسودين يدوران حول بعضهما البعض كل 121 يومًا. يبلغ الانفصال بينهما ما يقرب من 250 إلى 540 ضعف المسافة بين الأرض والشمس (حوالي 23.2 إلى 50.2 مليار ميل، أو 37.4 إلى 80.8 مليار كيلومتر)، وهو صغير بشكل ملحوظ بالنسبة للأجسام التي تتراوح كتلتها من 100 مليون إلى 1 مليار شمس. واعتمادًا على كتلتيهما الحقيقية، يمكن للزوجين أن يجتمعا معًا بسرعة كافية للاندماج في أقل من 100 عام.

نظرًا لأن Mrk 501 بعيد جدًا عن الأرض، فحتى الأدوات الأكثر تقدمًا لا يمكنها حل الثقبين الأسودين بشكل مباشر كجسمين منفصلين. ويفتقر تلسكوب أفق الحدث (EHT)، الذي التقط أول صور للثقب الأسود في عامي 2019 و2022، إلى الدقة اللازمة. ونتيجة لذلك، لن يتمكن علماء الفلك من مراقبة مدار الزوج المتقلص بشكل مباشر.

ومع ذلك، يتوقع الباحثون اكتشاف علامات تناقص الانفصال من خلال موجات الجاذبية. يجب أن يولد النظام موجات جاذبية منخفضة التردد للغاية يمكن ملاحظتها باستخدامها النجم النابض صفائف التوقيت (PTAs).

تعتبر ثنائيات الثقوب السوداء فائقة الضخامة (SMBHBs) بالفعل التفسير الرئيسي لخلفية موجة الجاذبية التي تم اكتشافها في عام 2023 بواسطة مصفوفة توقيت النجم النابض الأوروبي وغيرها من أشكال التعاون. لقد برز الآن Mrk 501 كواحد من أقوى المرشحين لربط قياسات PTA بثقب أسود محدد فائق الكتلة.

وقال المؤلف المشارك هيكتور أوليفاريس: “إذا تم الكشف عن موجات الجاذبية، فقد نرى ترددها يرتفع بشكل مطرد مع تحرك العملاقين نحو الاصطدام، مما يوفر فرصة نادرة لمشاهدة اندماج ثقب أسود هائل”.

المرجع: “اكتشاف طائرة نفاثة ثانية داخل القلب النووي لـ Mrk 501” بواسطة S Britzen وH Olivares وGopal-Krishna وF Jaron وIN Pashchenko وE Kun وFK Schinzel وJ Becerra Gonzalez وD Paneque وNR MacDonald، 27 مارس 2026، الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/منراس/ستاج291

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.