By Hafifah Aman 
هناك ثقب أسود ضخم جديد في مجرة درب التبانة كامن بالقرب من الأرض! تم اكتشاف هذا العملاق النائم بواسطة التلسكوب الفضائي الأوروبي جايا، الذي يراقب حركة مليارات النجوم في مجرتنا.
تتشكل الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية عندما ينفد وقود نجم ضخم وينهار. ويعد الاكتشاف الجديد بمثابة اكتشاف تاريخي لثقب أسود فائق الكتلة قريب من الأرض.
الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية، المسمى Gaia-BH3، أكبر بـ 33 مرة من شمسنا. كان الثقب الأسود الأضخم السابق من هذه الفئة والذي تم العثور عليه في مجرة درب التبانة عبارة عن ثقب أسود ثنائي للأشعة السينية في كوكبة الدجاجة (Cyg X-1)، وتشير التقديرات إلى أن كتلته تبلغ 20 مرة كتلة الشمس. يبلغ متوسط حجم الثقب الأسود النجمي في مجرة درب التبانة حوالي 10 أضعاف كتلة الشمس.
يقع Gaia-BH3 على بعد 2000 سنة ضوئية من الأرض، مما يجعله ثاني أقرب ثقب أسود يتم اكتشافه لكوكبنا على الإطلاق. أقرب ثقب أسود إلى الأرض هو Gaia-BH1 (الذي اكتشفه Gaia)، والذي يقع على بعد 1560 سنة ضوئية. تبلغ كتلة Gaia-BH1 9.6 مرة كتلة الشمس، مما يجعلها أصغر بكثير من الثقب الأسود المكتشف حديثًا.
متعلق ب: نظرة جديدة على الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز درب التبانة تكشف عن ميزة مخفية رائعة (في الصورة).
قال جورج سيبروك، العالم في مختبر مولارد لعلوم الفضاء بجامعة كوليدج لندن وعضو فريق عمل Gaia Black Hole: “إن العثور على Gaia BH3 يشبه اللحظة في فيلم The Matrix عندما تبدأ في رؤية Neo Matrix”. قال في بيان لموقع Space.com. “في حالتنا، “المصفوفة” هي مجموعة الثقوب السوداء النجمية الخاملة في مجرتنا والتي كانت مخفية عنا قبل أن يكتشفها جايا.”
وأضاف سيبروك أن Gaia BH3 يعد دليلًا مهمًا لهذه المجموعة لأنه أضخم ثقب أسود نجمي موجود في مجرتنا.
بالطبع، يعد Gaia-BH3 صغيرًا مقارنة بالثقب الأسود الهائل الذي يهيمن على قلب مجرة درب التبانة، القوس A* (Sgr A*)، الذي تبلغ كتلته 4.2 مليون مرة كتلة الشمس. الثقوب السوداء فائقة الكتلة مثل القوس A* لا تنشأ عن موت النجوم الضخمة، ولكن عن طريق الاندماج التدريجي لثقوب سوداء أكبر حجمًا وأكثر ضخامة.
ثقب أسود هائل نائم يتذبذب مع نجمه المرافق
تتميز جميع الثقوب السوداء بحدود خارجية تسمى أفق الحدث، وعند هذه النقطة تتجاوز سرعة الهروب من الثقب الأسود سرعة الضوء. أي أن أفق الحدث عبارة عن سطح أحادي الاتجاه لاحتجاز الضوء ولا يمكن لأي معلومات الهروب بعده.
ونتيجة لذلك، فإن الثقوب السوداء لا تبعث الضوء ولا تعكسه، مما يعني أنها لا تستطيع “الرؤية” إلا عندما تُحاط تدريجياً بالمواد التي تأكلها. في بعض الأحيان، يكون ثقبًا أسودًا في نظام ثنائي يسحب المواد من النجم المرافق، ويشكل قرصًا من الغاز والغبار حوله.
تخلق قوة الجاذبية الهائلة للثقوب السوداء قوى مد وجزر مكثفة على هذه المادة المحيطة، مما يجعلها تتوهج بشكل ساطع أثناء تدميرها واستهلاكها للمواد، وإصدار الأشعة السينية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للثقب الأسود أن يرسل مادة غير مضيافة إلى قطبيه وينفجر إلى نفاثات من الضوء بسرعة الضوء.
كل هذه الانبعاثات الضوئية تسمح لعلماء الفلك باكتشاف الثقوب السوداء. والسؤال هو كيف يمكننا اكتشاف الثقوب السوداء “السلبية” التي لا تأكل الغاز والغبار المحيط بها؟ على سبيل المثال، إذا كان الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية له نجم مرافق، لكن الاثنين منفصلان على نطاق واسع للغاية بحيث لا يمكن للثقب الأسود أن يحرم شريكه الثنائي من المواد النجمية؟
وفي مثل هذه الحالات، يدور الثقب الأسود والنجم المرافق له حول نقطة تمثل مركز كتلة النظام. ويحدث هذا أيضًا عندما يدور نجم حول نجم آخر أو رفيق ضوئي مثل الكوكب.
ويؤدي الدوران حول مركز الكتلة إلى تذبذب في حركة النجم، وهو ما يعرفه علماء الفلك. نظرًا لأن جايا ماهر في قياس حركة النجوم بدقة، فهو أداة ممتازة لمراقبة هذا التذبذب.
تبحث فرقة عمل Gaia's Black Hole عن تذبذبات غريبة لا يمكن أن تفسر وجود نجم أو كوكب آخر، والتي تشير إلى رفيق ضخم، ربما ثقب أسود.
وبدخول نجم عملاق قديم في كوكبة أكويلا، التي تقع على بعد 1926 سنة ضوئية من الأرض، اكتشف الفريق تمايلًا في مسار النجم. يشير التذبذب إلى أن النجم مقيد بحركة مدارية مع ثقب أسود بالقصور الذاتي ذو كتلة عالية بشكل استثنائي. وتفصل بينهما مسافة أوسع من المسافة بين الشمس ونبتون، وأقرب إلى نجمنا والمشتري.
وقال الباحث الرئيسي باسكوالي بانوسو من مرصد باريس التابع للمركز الوطني للأبحاث العلمية في فرنسا في بيان: “هذا وحيد القرن الحقيقي”. “هذا اكتشاف يحدث مرة واحدة في العمر. حتى الآن، اكتشف التعاون بين LIGO-Virgo-KAGRA مثل هذه الثقوب السوداء الضخمة في المجرات البعيدة، وذلك بفضل ملاحظات موجات الجاذبية.”
متعلق ب: ما هي موجات الجاذبية؟
وبسبب حساسية جايا، تمكنت فرقة عمل الثقب الأسود من وضع قيود على كتلة Gaia-BH3، ووجدت 33 كتلة شمسية.
وقال تشيفي ماساي، العالم في جامعة تل أبيب وعضو في تعاون غايا: “Gaia-BH3 هو أول ثقب أسود يمكن قياس كتلته بدقة كبيرة”. “إن كتلة الجسم، التي تبلغ حوالي 30 مرة كتلة شمسنا، هي تقدير نموذجي لكتلة الثقوب السوداء البعيدة التي تم رصدها من خلال تجارب موجات الجاذبية. توفر قياسات جايا أول دليل لا جدال فيه. [stellar-mass] هناك هذه الثقوب السوداء الهائلة.”
ومع ذلك، فإن نظام Gaia-BH3 يثير اهتمام العلماء أكثر من قربه من الأرض وكتلة ثقبه الأسود.
والنجم في هذا النظام هو نجم شبه عملاق أضخم بخمس مرات، وله لمعان شمسي 15 مرة، على الرغم من أنه أكثر برودة وأقل كثافة من نجمنا. يتكون النجم المرافق Gaia-BH3 بشكل أساسي من الهيدروجين والهيليوم، وهما من أخف العناصر في الكون، مع عدم وجود عناصر أثقل، والتي يسميها علماء الفلك (بشكل مربك إلى حد ما) “المعادن”.
وحقيقة أن هذا النجم “خالي من المعادن” تشير إلى أن النجم الذي انهار ومات ليشكل Gaia-PH3 كان يفتقر أيضًا إلى العناصر الثقيلة. من المتوقع أن تطرد النجوم الفقيرة بالمعادن كتلة أكبر خلال حياتها من نظيراتها الغنية بالمعادن، لذلك يتساءل العلماء عما إذا كان بإمكانهم الحفاظ على كتلة كافية لولادة الثقوب السوداء. يمثل Gaia-BH3 أول إشارة إلى أن النجوم الخالية من المعادن يمكنها فعل ذلك بالفعل.
واختتم سيبروك قائلاً: “من المتوقع أن يحتوي الإصدار التالي من بيانات جايا على المزيد، مما سيساعدنا على رؤية المزيد داخل المصفوفة وفهم كيفية تشكل الثقوب السوداء النجمية الهادئة”.
تم نشر بحث الفريق اليوم (16 أبريل) في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.