تم العثور على أول ثقب أسود مفقود من بين 10000 ثقب أسود في مجموعة أوميغا سنتوري النجمية

تم العثور على أول ثقب أسود مفقود من بين 10000 ثقب أسود في العنقود الكروي أوميغا قنطورس، وذلك بفضل العمل الجماعي الذي قام به التلسكوبان الفضائيان هابل وجيمس ويب.

اكتشف المرصدان الثقب الأسود بعد مشاهدة أ نجم يدور حول شيء ضخم ولكنه مظلم، وبالتالي لا يمكن رؤيته. استمرت بيانات هابل من عام 2003 إلى عام 2023، و تلسكوب جيمس ويب الفضائي التقطت بعد ذلك للمساعدة في تحسين القياسات.

استخدم علماء الفلك التلسكوبات الفضائية للتركيز على نجم معين في نظام ثنائي يبدو أنه موطن لجسم مظلم آخر يسمى oMEGACat BH-2. وكانت الدراسات السابقة قد أشارت إلى أن الجسم المظلم كان أ نجم نيوتروني. ومع ذلك، فإن النتائج الجديدة قاطعة: كتلة الجسم تبلغ 4.46 مرة كتلة الجسم شمس. وهذا ضخم جدًا بحيث لا يمكن اعتباره نجمًا نيوترونيًا، لذا يجب أن يكون ثقبًا أسود.

أوميغا سنتوري هو الأكثر ضخامة لدينا مجرة درب التبانة‘s مجموعات كروية. إنه ضخم جدًا لدرجة أن علماء الفلك يشتبهون في أنه في الواقع قلب قزم galaxy التي فقدت معظم نجومها بسبب أكل لحوم البشر بسبب الجاذبية في مجرة ​​درب التبانة، والتي مزقت على مر الدهور شرائح من أوميغا سنتوري. ومع ذلك، لا يزال أوميغا قنطورس يحتوي على حوالي 10 ملايين نجم، يقع مجموعها على 18000 سنة ضوئية من أرض.

في عام 2024، سيستخدم علماء الفلك تلسكوب هابل الفضائي وجدت أدلة قاطعة على أن ثقب أسود متوسط ​​الكتلة – كتلة تبلغ كتلتها حوالي 8200 مرة أن شمسنا – يتربص في مركز أوميغا قنطورس، مما يعزز ادعاءه بأنه من بقايا مجرة ​​قزمة، لأن المجرات تؤوي ثقوبًا سوداء في مركزها ولكن العناقيد النجمية لا تفعل ذلك عادةً.

ومع ذلك، إلى جانب هذا الثقب الأسود متوسط ​​الكتلة يجب أن يكون هناك حوالي 10000 ثقب أسود آخر ذو كتلة نجمية ولد من سوبر نوفا انفجارات نجوم ضخمة. ركزت عمليات البحث على الأنظمة الثنائية حيث يدور النجم حول جسم مضغوط، لكن حتى الآن لم يتوصل علماء الفلك إلى أي نتيجة.

الآن، جاء فريق بقيادة ماثيو ويتاكر من جامعة يوتا في سولت ليك سيتي لإنقاذ الموقف من خلال غربلة 20 عامًا من ملاحظات هابل، بالإضافة إلى وجهات نظر داعمة إضافية من تلسكوب جيمس ويب الفضائي، للكشف عن ثقب أسود نجمي الكتلة في أوميغا قنطورس لأول مرة.

استخدم فريق ويتاكر تقنية تسمى القياس الفلكي، وهي قياس المواقع المتغيرة للنجوم أثناء تحركها عبر الفضاء. وعلى الرغم من أن الثقب الأسود نفسه مظلم، إلا أنه يدور حول نجم عادي كتلته 78% من كتلة شمسنا. وبفضل الرؤية غير المسبوقة لهبل وJWST، تمكن ويتاكر وزملاؤه من تتبع حركة هذا النجم حول الثقب الأسود.

وتبين أن النجم يدور في مدار يبلغ طوله 94 عامًا حول الثقب الأسود، وهو أوسع انفصال ثنائي يتكون من ثقب أسود نجمي ونجم تم العثور عليه على الإطلاق. وعلى مدى تلك الفترة البالغة 20 عاما، رأى هابل أقل من ربع المدار الإجمالي للنجم، لكنه تزامن مع أقرب نهج للنجم من الثقب الأسود، والذي تحرك خلاله النجم بشكل أسرع.

بناءً على هذه الحركة، تمكن فريق ويتاكر من قياس قوة مجال جاذبية الثقب الأسود المؤثر على النجم، ومن ذلك حساب كتلة الثقب الأسود.

وقال ويتاكر في بحثه: “إن دقة هذه القياسات لا تصدق، وصولاً إلى جزء من البكسل الموجود في كاشفات هابل وويب”. إفادة. “لم يكن من الممكن العثور على هذا الثقب الأسود بدون هذين التلسكوبين الفضائيين.”

وبالنظر إلى مدى اتساع مدار النجم حول الثقب الأسود، فمن المرجح أن جاذبية الثقب الأسود استحوذت على النجم عندما مر بالقرب منه. وهذا هو الحال الذي لن يستمر إلى الأبد؛ وفي غضون مليار سنة أخرى، من المحتمل أن تؤدي المواجهات مع نجوم أخرى في المناطق المزدحمة للعنقود إلى انتزاع رفيق الثقب الأسود بعيدًا.

ومع ذلك، تبدو كتلة oMEGAcat BH-2 غير عادية، بمعنى أنها أقل من المتوقع. كتلة oMEGACat BH-2 موجودة في فراغ لم يصبح واضحًا إلا خلال السنوات الإحدى عشرة الماضية موجة الجاذبية الاكتشافات. يتم إنتاج موجات الجاذبية هذه عن طريق اندماج الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، لكن الثقوب السوداء التي تتراوح كتلتها بين 2.5 مرة كتلة شمسنا (الحد النظري للنجوم النيوترونية) وخمس كتل شمسية واضحة بسبب غيابها في أحداث موجة الجاذبية. ومع ذلك، يوجد هنا oMEGAcat BH-2، داخل تلك الفجوة الكتلية.

وقال أنيل سيث من جامعة يوتا: “من المهم أن نفهم مجموعات الثقوب السوداء في العناقيد الكروية، لأن هناك عدم يقين بشأن فيزياءها وتكوينها”.

“وبشكل أكثر تحديدًا، يعد فهم عملية تشكيل الثقوب السوداء ثم تشكيل الثنائيات ديناميكيًا أمرًا حيويًا، لأنه يؤثر على قدرتنا على تفسير وفهم أحداث موجات الجاذبية. إن البيئات مثل أوميغا سنتوري هي الأماكن الأساسية التي نعتقد أن الثنائيات تندمج فيها وتخلق هذه الموجات”.

على وجه الخصوص، نجوم أوميغا قنطورس هي أكثر بدائية من شمسنا، من الناحية الكيميائية، مع عدد أقل من العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم. لا تزال أنواع النجوم الضخمة التي تنتج ثقوبًا سوداء عندما تنفجر على شكل مستعرات أعظمية مجالًا للبحث النشط، لكن oMEGACat BH-2 يضيف تعقيدًا آخر إلى المزيج حيث أن نجمه السلف يحتوي على القليل من العناصر الثقيلة.

قال سيث: “نحن بحاجة إلى معرفة كيف يحدث ذلك”.

إذن هذا انخفاض واحد، ويتبقى 9,999 أو ما يقرب من ذلك. ويواصل فريق ويتيكر استخدام بيانات هابل وJWST للعثور على المزيد من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في أوميغا سنتوري، لكنه يسلط الضوء أيضًا على إمكانات ناسا. تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني للعثور على أنظمة ثنائية للثقب الأسود في مجرتنا درب التبانة، على الأقل عند إطلاق التلسكوب في وقت لاحق من هذا العام.

وقال ويتاكر: “سيقوم رومان بتصوير الانتفاخ المجري المزدحم، بما في ذلك مركز المجرة، بشكل منتظم للغاية بدقة تشبه دقة هابل وبمجال رؤية أوسع بكثير”. “نأمل أن نتمكن من العثور على أنظمة ثنائية للثقب الأسود مثل هذا النظام بسبب الإيقاع المنتظم لملاحظات رومان.”

تم توضيح التفاصيل المتعلقة بـ oMEGACat BH-2 في ورقة بحثية نُشرت في 13 يوليو رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.