تتنبأ دراسة جديدة بكتل أكبر عدد من الثقوب السوداء في الكون

بالقرب من مركز مجرة ​​درب التبانة يوجد جسم ضخم يسميه علماء الفلك القوس A *. من المحتمل أن يكون هذا الثقب الأسود “الهائل” قد نما مع مجرتنا ، وليس وحدها. يعتقد العلماء أن العملاقين المتشابهين يكمن في قلب كل المجرات الرئيسية في الكون.

قال جوزيف سيمون ، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب في جامعة كولورادو بولدر ، إن بعضها قد يصبح ضخمًا حقًا.

وقال: “الثقب الأسود في مركز مجرتنا تبلغ كتلته مليون مرة كتلة الشمس ، لكننا نرى أيضًا آخرين نعتقد أنهم كتلة الشمس بمليارات المرات”.

كرس عالم الفيزياء الفلكية حياته لدراسة سلوك الأشياء التي يصعب مراقبتها. في دراسة حديثة ، استخدم المحاكاة الحاسوبية ، أو “النماذج” ، للتنبؤ بكتل الثقوب السوداء الأكثر ضخامة في الكون – وهو مفهوم رياضي يسمى وظيفة كتلة الثقب الأسود.

بعبارة أخرى ، كان سايمون يحاول تحديد ما ستجده إذا كان بإمكانك وضع كل من هذه الثقوب السوداء واحدًا تلو الآخر على نطاق هائل.

تشير حساباته إلى أنه منذ مليارات السنين ، ربما كانت الثقوب السوداء أكبر في المتوسط ​​مما كان يعتقد العلماء في السابق. يمكن أن تساعد النتائج الباحثين في حل لغز أكبر ، وتوضيح القوى التي شكلت أجسامًا مثل Sagittarius A * أثناء نموها من الثقوب السوداء الصغيرة إلى العمالقة كما هي اليوم.

قال سايمون: “بدأنا نرى من مصادر متنوعة أنه كانت هناك أشياء كبيرة جدًا في الكون منذ البداية”.

نشر النتائج التي توصل إليها في 30 مايو رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

المجرة السمفونية

بالنسبة لسيمون ، هذه “الأشياء الكبيرة جدًا” هي الخبز والزبدة.

عالم الفيزياء الفلكية هو جزء من مبادرة بحثية ثانية تسمى مرصد أمريكا الشمالية Nanohertz لموجات الجاذبية (NANOGrav). من خلال المشروع ، أمضى سايمون ومئات العلماء في الولايات المتحدة وكندا 15 عامًا في البحث عن ظاهرة تسمى “خلفية موجة الجاذبية”. يشير المفهوم إلى التدفق المستمر لموجات الجاذبية ، أو التموجات العملاقة في المكان والزمان ، والتي تتموج عبر الكون على أساس ثابت.

يعود أصل هذا الالتواء الكوني إلى الثقوب السوداء الهائلة. أوضح سايمون أنه إذا اصطدمت مجرتان في الفضاء ، فإن الثقوب السوداء المركزية يمكن أن تصطدم أيضًا وتندمج. إنهم يدورون حول بعضهم البعض قبل أن يصطدموا ببعضهم البعض مثل صنجين في أوركسترا – هذا الصنج وحده يخلق موجات جاذبية ، مما يؤدي حرفياً إلى تمزيق نسيج الكون.

ومع ذلك ، لفهم خلفية موجة الجاذبية ، يحتاج العلماء أولاً إلى معرفة حجم الثقوب السوداء الهائلة في الكون حقًا. قال سايمون إن الصدمات الأكبر تخلق انفجارًا أكبر وتنتج موجات جاذبية أكبر بكثير.

مشكلة واحدة فقط.

وقال: “لدينا قياسات جيدة لكتل ​​الثقوب السوداء الهائلة لمجرتنا وللمجرات القريبة”. “ليس لدينا مثل هذه القياسات للمجرات البعيدة. علينا أن نخمن.”

الثقوب السوداء تتراكم

في بحثه الجديد ، قرر سايمون التخمين بطريقة جديدة.

أولاً ، جمع بيانات عن مئات الآلاف من المجرات التي كان عمرها بضعة مليارات من السنين. (لا يمكن للضوء أن يسافر إلا بسرعة كبيرة ، لذلك عندما يرصد البشر مجرات بعيدة ، فإنهم ينظرون إلى الوراء في الوقت المناسب). استخدم سايمون هذه المعلومات لحساب كتل الثقب الأسود التقريبية لأكبر المجرات في الكون. ثم استخدم نماذج الكمبيوتر لمحاكاة خلفية الموجات الثقالية التي قد تخلقها تلك المجرات ، والتي تغسل حاليًا فوق الأرض.

تكشف نتائج سايمون عن مجموعة كاملة من كتل الثقوب السوداء الهائلة في الكون التي يعود تاريخها إلى حوالي 4 مليارات سنة. كما لاحظ شيئًا غريبًا: فقد انتشرت المجرات الضخمة في جميع أنحاء الكون قبل مليارات السنين مما توقعته بعض الدراسات السابقة. لا معنى له.

قال سايمون: “من المتوقع أن ترى فقط هذه الأنظمة الضخمة في الكون القريب”. “الثقوب السوداء تستغرق وقتًا لتنمو”.

ومع ذلك ، يضيف بحثه إلى الأدلة المتزايدة على أنهم قد لا يحتاجون إلى الوقت الذي كان يعتقده علماء الفيزياء الفلكية سابقًا. على سبيل المثال ، وجد فريق NANOGrav تلميحات مماثلة للثقوب السوداء الهائلة الكامنة في الكون منذ مليارات السنين.

في الوقت الحالي ، سايمون متفائل بشأن استكشاف الثقوب السوداء واسعة النطاق.

قال سيمون: “إن فهم كتل الثقوب السوداء مهم لبعض الأسئلة الأساسية ، مثل خلفية موجة الجاذبية ، ولكن أيضًا كيف تنمو المجرات وكيف تطور كوننا”.