ثقب أسود نادر متوسط الحجم يلتهم نجمًا
عندما يتعلق الأمر بحجم الثقوب السوداء ، هناك فجوة واضحة في المنتصف. اكتشف علماء الفلك العشرات من تلك الصغيرة وعشرات من العملاقة ، ولكن فقط حفنة من الفلك متوسطة الحجم.
الآن ، أضاف الباحثون ثقبًا أسود متوسط الحجم محتملاً آخر إلى الكومة ، وهو مفترس: في مجرة قزمة بعيدة ، اكتشف علماء الفلك هذا الوحش الكوني وهو يلتهم نجمًا ويطلق فتاتًا متوهجة. إذا تم العثور على المزيد من هؤلاء الأكل غير المرتبين بهذه الطريقة ، فيمكن أن يعزز ذلك نظرية طويلة الأمد: الثقوب السوداء متوسطة الحجم هي البذور التي ينمو منها أبناء عمومتهم فائق الكتلة.
يقول إيغور شيلينجاريان ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد ، والذي لم يشارك في الدراسة ، إن معرفة عدد المجرات القزمة التي تأوي ثقوبًا سوداء متوسطة الحجم "ستصبح اختراقًا". يقول: "لن تجيب فقط على سؤال بذور الثقب الأسود" ، ولكنها قد تساعد أيضًا في فهم كيفية تشكل المجرات.
تم اكتشاف الثقب الأسود متوسط الحجم بواسطة تجربة المستعر الأعظم للشباب (YSE) ، وهي عبارة عن تعاون بين علماء الفلك الذين يبحثون في المقام الأول عن النجوم التي تنفجر في نهاية حياتهم. يستخدم الفريق Pan-STARRS ، زوج من التلسكوبات بطول 1.8 متر في هاواي ، للنظر إلى نفس الرقعة من السماء كل بضعة أيام ؛ الأمل هو حدوث انفجار سوبرنوفا في الساعات أو الأيام الأولى بعد بدايته.
لكن في يونيو 2020 ، اكتشف علماء الفلك شيئًا آخر في شبكتهم: جسم سريع السطوع في مجرة قزمة على بعد حوالي مليار سنة ضوئية. تقول المؤلفة الرئيسية شارلوت أنجوس من جامعة كوبنهاغن: "لقد كنا محظوظين جدًا جدًا". "لقد قفزنا عليه للتو." استمروا في مراقبة الجسم ، المسمى AT 2020neh ، خلال الأيام والأسابيع التالية باستخدام العديد من التلسكوبات الأرضية بالإضافة إلى تلسكوب هابل الفضائي. بلغ منحنى الضوء - كيف يتغير سطوعه بمرور الوقت - ذروته بعد ما يزيد قليلاً عن 13 يومًا ثم بدأ في الانخفاض البطيء لفترة طويلة.
شكل منحنى الضوء والميزات في طيف الضوء لا تتطابق مع تلك الموجودة في المستعر الأعظم. بدا الأمر أشبه بحدث اضطراب المد والجزر (TDE) ، حيث يتم عرض الضوء عندما يقوم ثقب أسود عملاق يحتوي على ملايين أو حتى مليارات الكتل الشمسية بتمزيق نجم ، ويستهلك جزءًا منه ويرش الباقي في قوس ساطع شديد الحرارة.
لكن الجسم وصل إلى ذروة سطوعه بأكثر من ضعف سرعة سطوع TDE النموذجي. يتنبأ المنظرون الذين يمثلون هذه الأحداث بأن الثقوب السوداء الأصغر تنتج TDEs سريعة الذروة. باستخدام مثل هذه النماذج ، حسب الفريق أن منحنى ضوء AT 2020neh يمكن أن يكون ناتجًا عن ثقب أسود بكتلة تتراوح بين 100000 و 1 مليون شمس ، وفقًا لتقرير اليوم في Nature Astronomy. يقول تشلينجاريان: "أود أن أقول إن هذا هو السيناريو الأكثر احتمالًا". "ما زلنا نعرف القليل جدًا عن هذه الأحداث لنتأكد بنسبة 100٪."
يعتقد علماء الفلك أن جميع المجرات ذات الحجم الطبيعي لديها ثقب أسود هائل في قلوبهم. لكن السؤال مفتوحًا عما إذا كانت المجرات القزمة ، مثل تلك التي تم العثور فيها على AT 2020neh ، تحتوي جميعها على ثقوب سوداء متوسطة الحجم. يقول أنجوس ، نظرًا لأن المجرات القزمة صغيرة وخافتة ، "من الصعب جدًا اكتشافها".
من خلال TDE متوسطة الحجم الواضحة ، عثر باحثو YSE على طريقة جديدة لاكتشاف الثقوب السوداء متوسطة الحجم في المجرات القزمة. إذا تمكنوا من اكتشاف عينة كبيرة بما يكفي ، فقد يكتشفون ما إذا كان حجم الثقوب السوداء المركزية ينمو بالتوازي مع حجم المجرة ، وهو شيء شوهد بالفعل في المجرات الأكبر. إذا امتدت هذه العلاقة من المجرات القزمة إلى المجرات الكبيرة ، فإنها تدعم فكرة أن المجرات تكبر من خلال اندماج المجرات الأصغر ، بدلاً من الاندماج من سحابة غاز عملاقة. كيف تتشكل المجرات ونموها هو أحد الأشياء المجهولة الكبرى في الفيزياء الفلكية ، والتي يأمل علماء الفلك في أن تسلط الضوء عليها تلسكوبات فضائية جديدة ذات عيون حادة مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي الذي تم إطلاقه مؤخرًا.
من المرجح أن يقدم مشروع YSE مساهمة صغيرة فقط لهذا المشروع ؛ يقدر أنجوس أنه قد يكتشف عددًا قليلاً فقط من المجرات القزمة TDEs. ولكن عندما يبدأ مرصد Vera C. Rubin ، وهو تلسكوب مسح بمرآة بطول 8.4 متر ، العام المقبل ، سيكون قادرًا على الرؤية بشكل أعمق في الفضاء على مساحة أوسع. من المتوقع أن يجد هذا النطاق ما يصل إلى 80000 TDE في استطلاعه الذي دام 10 سنوات ، لذا فإن الاحتمالات جيدة.
