اكتشاف مئات من “الحلقات المفقودة” للثقوب السوداء في دراسة جديدة: هل نحن على أعتاب ثورة علمية؟
استطلاع يكشف عن الأغلبية غير المرئية من الكون وقد أسفر عن كنز من الثقوب السوداء التي قد تساعد في حل واحدة من أكبر ألغاز الكون.
تتواجد هذه الثقوب السوداء في مراكز المجرات القزمة المنتشرة في الفضاء، حيث اكتشف علماء الفلك 2444 ثقبًا أسود نشطًا، يقوم بابتلاع المادة المحيطة به. والأكثر إثارة للدهشة هو أن 298 من هذه الثقوب تبدو أنها تلك الكائنات elusive، وهي الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة – التي اعتبرت لفترة طويلة حلقة مفقودة بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والعملاقة فائقة الكتلة.
يمثل هذا العدد تقريبًا ثلاثة أضعاف عدد مرشحي الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة المعروفين سابقًا، مما يمثل أكبر اكتشاف حتى الآن – وهو اكتشاف له تداعيات كبيرة على فهمنا لكيفية وصول الثقوب السوداء إلى كتل تعادل ملايين أو مليارات الشمس.
كتب الباحثون: “ستكون العينة الإحصائية لمرشحي نوى المجرات القزمة لا تقدر بثمن لمعالجة عدة أسئلة رئيسية تتعلق بتطور المجرات على أصغر المقاييس، بما في ذلك طرق التراكم في المجرات منخفضة الكتلة والتطور المشترك للمجرات وثقوبها السوداء المركزية”.
يمكن العثور على الثقوب السوداء العملاقة عند مراكز جميع المجرات الكبيرة والمشكّلة بشكل جيد. إنها النوى التي تدور حولها المجرات، وكتلها هائلة. الثقب الأسود العملاق الموجود في مركز درب التبانة، على سبيل المثال، يزن 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. وهذا يعتبر ضمن الحد الأدنى لمقياس الكتل؛ يمكن أن تصل هذه الوحوش إلى كتل تعادل عشرات مليارات كتلات الشمس.
لا نعرف كيف تنمو هذه الثقوب السوداء لتصبح بهذا الحجم الكبير. تقترح النماذج النظرية الحالية أن أحد المسارات هو النمو عبر التراكم والاندماجات، حيث تنمو مع مجراتها؛ لكن تقنيتنا الحالية لا تسمح لنا برؤية “البذور” لهذه الثقوب السوداء في الكون المبكر لأنها صغيرة جدًا وخافتة جدًا.
ومع ذلك، ما يمكننا القيام به هو البحث عن مجرات صغيرة مكافئة تحتوي على ثقوب سوداء صغيرة في الكون المحلي. باستخدام أداة قياس الطاقة الداكنة (DESI)، وهي أداة مصممة لاستكشاف الكون، قامت مجموعة يقودها عالم الفلك راغاديبيكا بوتشا من جامعة يوتا بذلك.
في عامه الأول من العمليات ، جمع المرصد الأرضي مشاهدات لـ114,496 مجرة قزمة – بتفاصيل عالية بما يكفي ليتمكن علماء الفلك من تكبير الصورة ودراسة مراكزها عن كثب بحثًا عن علامات ثقوب سوداء نشطة التغذية تُعرف باسم نواة المجرة النشطة.
قال بوتشا: “عندما يبدأ ثقب أسود عند مركز مجرة ما بالتغذية ، فإنه يطلق كمية هائلة من الطاقة إلى محيطه ، متحولاً إلى ما نسميه نواة المجرة النشطة”. “هذه النشاط الدراماتيكي يعمل كمنارة ، مما يسمح لنا بتحديد مواقع الثقب الأسود المخفية داخل هذه المجريات الصغيرة.”
عدد الأنوية المجريّة النشطة التي تم تحديدها داخل المجرات القزمة – 2444 – يمثل 2.1 بالمائة من إجمالي عينة المجريات القزمة . وهذا رقم ضخم ، يقارب أربعة أضعاف نسبة ما تم العثور عليه في الاستطلاعات السابقة .
هذا يعني أنه هناك احتمال كبير لوجود المزيد من الثقب الأسود العملاق منخفض الكتلة أكثر مما كان بإمكاننا حسابه بناءً على البيانات السابقة .
كانت المشاهدات دقيقة للغاية بحيث تمكن الفريق منها استخدام البيانات لمحاولة حساب كتل الثقب الأسود الذي كانوا ينظرون إليه . ومن خلال هذه الحسابات حدد الباحثون حوالي 300 مرشح للثق holes ذات الكتلة المتوسطة (IMBH) والتي تتراوح بين حوالي 100 و100,000 مرة كتلة الشمس .
الثق holes الموجودة ضمن هذا النظام الوزني مطلوبة بشدة بواسطة علماء الفلك لأنها نادرة بشكل مذهل . نحن نعلم أن نجماً ضخماً يموت يمكن أن ينتج ثقباً أسود ولكن الحد الأعلى لهذه الأجسام الفردية هو بضع عشرين كتلاً شمسياً . وما نفتقر إليه هو عينة جيدة للأجسام التي تفسر كيف يمكن لهذه (نسبيًا) ثق holes الصغيرة أن تنمو لتصبح بحجم عملاق .
نحن ندرك أيضًا أنه يمكن للثق holes الاندماج لإنتاج ثق holes أكبر . إن وجود عينة قوية حقاً للـ IMBH ضمن تلك الفجوة الوزنية سيكون له تأثير كبير نحو مساعدتنا لحل جزءٍ على الأقلٍّ مِن اللغز ، مُقدِّمَةً لنا مجموعةً مِن الأدِلَّة بأن العملية يمكن أن تُنتِج بالنهاية بعض وحداتها المطلقة .
قد تمنحنا الحصيلة الجديدة للفريق هذا العينة المطلوبة . سابقاً كان قد تم تحديد حوالي 100 إلى 150 مرشح فقط لـ IMBH . عمل بوتشا وزملائها أعطانا 151 مرشح موثوق و147 مرشح محتمل . يبدو أنه قد زاد أكثر بكثير مقارنة بالفهرس السابق .
وحتى الآن فإن النتائج تتجاوز توقعاتهم بالفعل . فقط 70 مِن مُرشحي الـ IMBH الذين وجدوا كانوا موجودين داخل مجرات قزمّة بينما البقية كانت موجودة داخل مجرات طبيعية أخرى وهذا يشير إلى أنّ التطور المشترك بين الثقافة والثق hole قد لا يكون بسيط كما ظننا سابقاََ .
وهذا مجرد جزء صغير مما قدمته بيانات DESI المبكرة فهناك الكثير الذي ينتظر الاكتشاف والكثير مِن الأسئلة التي تحتاج للإجابة عليها .
قال بوتشا: “على سبيل المثال هل هناك أي علاقة بين آليات تشكيل الثقافة وأنواع المجرّ ات التي تسكن فيها؟”. ستساعد ثروتنا الجديدة مِن المُرشحين لدينا الغوص بشكل أعمق INTO these mysteries enriching our understanding of black holes and their pivotal role in galaxy evolution.”
تم نشر البحث في مجلة The Astrophysical Journal.
