علماء الفلك يجدون أدلة على اصطدام ثقوب سوداء ينبعث منها الضوء

تم رصد انفجار محتمل للضوء من الثقوب السوداء الصغيرة في القرص المحيط بثقب أسود هائل

عندما يتحرك ثقبان أسودان في مدار حلزوني متبادل ويصطدمان في النهاية، فإنهما يرسلان تموجات في المكان والزمان تسمى موجات الجاذبية. ونظرًا لأن الرؤوس السوداء لا ينبعث منها ضوء، فمن غير المتوقع أن تتوهج هذه الأحداث بأي موجات ضوئية، أو إشعاع كهرومغناطيسي. علماء الفيزياء الفلكية ك. و. أظهر سافيك فورد وباري ماكيرنان من مركز الدراسات المتقدمة بجامعة مدينة نيويورك طرقًا يمكن من خلالها أن تنفجر الثقوب السوداء المندمجة بالضوء. الآن، ولأول مرة، رأى علماء الفلك دليلاً على أحد هذه السيناريوهات المنتجة للضوء. النتائج التي توصلوا إليها متاحة في العدد الحالي من رسائل المراجعة البدنية.

اكتشف فريق يضم علماء من مركز الدراسات العليا بجامعة مدينة نيويورك، ومرفق زويكي العابر التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (ZTF)، وكلية المجتمع بورو أوف مانهاتن (BMCC) والمتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي (AMNH) ما يبدو أنه انفجار من الضوء من زوج من الضوء. من اندماج الثقوب السوداء. تم اكتشاف الحدث (المسمى S190521g) لأول مرة بواسطة مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF) وكاشف فيراج الأوروبي في 21 مايو 2019. ومع اندماج الثقوب السوداء، مما أدى إلى اهتزاز المكان والزمان، أرسلت خارج موجات الجاذبية. بعد فترة وجيزة، قام العلماء في ZTF - الموجود في مرصد بلومر بالقرب من سان دييغو - بمراجعة تسجيلاتهم لنفس الحدث واكتشفوا ما يمكن أن يكون انفجارًا من الضوء قادمًا من الثقوب السوداء المندمجة.

"في مركز معظم المجرات يوجد ثقب أسود هائل. وقال فورد، المؤلف المشارك في الدراسة، والأستاذ في مركز الدراسات المتقدمة وBMCC وAMNH: "إنها محاطة بسرب من النجوم والنجوم الميتة، بما في ذلك الثقوب السوداء". "تتحرك هذه الأشياء مثل سرب من النحل العصبي حول الملكة الأم الوحشية في المركز. يمكنهم العثور على شركاء الجاذبية لفترة وجيزة والتزاوج معهم ولكنهم عادةً ما يفقدون شريكهم بسرعة بسبب الرقصة المجنونة. لكن في قرص الثقب الأسود الهائل، يحول الغاز المتدفق منطقة الرقص البري للسرب إلى منويت كلاسيكي، وينظم الثقوب السوداء حتى يتمكنوا من الاقتران".

بمجرد اندماج الثقوب السوداء، يتعرض الثقب الأسود الجديد الأكبر حجمًا لركلة ترسله في اتجاه عشوائي، ويمر عبر الغاز الموجود في القرص. قال المؤلف المشارك ماكارنان، أستاذ الفيزياء الفلكية في مركز الدراسات العليا وBMCC وAMNH: "إن رد فعل الغاز على هذا المقذوف السريع هو الذي يخلق انفجارًا ساطعًا، يمكن رؤيته من خلال التلسكوب".

وقال مؤلف الدراسة الرئيسي ماثيو جراهام، أستاذ أبحاث علم الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وعالم مشروع ZTF: "كان هذا الثقب الأسود الهائل يغلي لسنوات قبل هذا الانفجار المفاجئ". "لقد حدث الثوران في الوقت والمكان المناسبين، وفي نفس وقت حدوث موجة الجاذبية. وفي بحثنا، نستنتج أن الانفجار ربما يكون نتيجة اندماج بين الثقوب السوداء، لكن لا يمكننا استبعاد الاحتمالات الأخرى بشكل كامل".

وقال رالف جوم، مدير قسم العلوم الفلكية في NSF: "تم تصميم ZTF خصيصًا لاكتشاف أنواع جديدة ونادرة ومختلفة من النشاط الفلكي مثل هذا". "يستمر دعم NSF للتقنيات الجديدة في توسيع طرقنا لاكتشاف مثل هذه الأحداث."

من المتوقع أن يبدأ مثل هذا الثوران بعد أيام إلى أسابيع من أول دفقة من موجات الجاذبية التي نشأت أثناء الاندماج. في هذه الحالة، لم يلتقط ZTF الحدث على الفور، ولكن عندما عاد العلماء ونظروا إلى الصور من أرشيف ZTF بعد أشهر، وجدوا إشارة بدأت بعد أيام من حدث موجة الجاذبية في مايو 2019. تتلاشى ببطء على مدى شهر.

وكان العلماء يحاولون الحصول على نظرة أكثر تفصيلاً لضوء الثقب الأسود الهائل، والذي يسمى بالطيف، ولكن بحلول الوقت الذي نظروا فيه، كان الانفجار قد تلاشى بالفعل. من شأن الطيف أن يقدم دعمًا إضافيًا لفكرة أن الانفجار جاء من اندماج الثقوب السوداء داخل قرص الثقب الأسود الهائل. لكن الباحثين يقولون إنهم تمكنوا من استبعاد معظم الأسباب المحتملة الأخرى للانفجار المرصود، بما في ذلك المستعر الأعظم أو حدث المد والجزر، والذي يحدث عندما يأكل الثقب الأسود نجمًا بالفعل.

بالإضافة إلى ذلك، يقول الفريق إنه من غير المرجح أن يكون الانفجار قد جاء نتيجة للضوضاء الطبيعية الصادرة عن الثقب الأسود الهائل، الذي يغذي بانتظام القرص المحيط به. وباستخدام مسح كاتالينا في الوقت الحقيقي العابر، الذي يديره معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، تمكنوا من تقييم سلوك الثقب الأسود على مدى 15 عاما الماضية، ووجدوا أن نشاطه كان طبيعيا نسبيا حتى مايو 2019 عندما زاد فجأة.

"الثقوب السوداء الهائلة مثل هذه تنفجر طوال الوقت. وقال المؤلف المشارك مانسي كاستلوال، وهو محاضر كبير في علم الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "إنها ليست أجسامًا هادئة، لكن توقيت وحجم وموقع هذا الانفجار كان مذهلاً". "إن سبب أهمية البحث عن مثل هذه الانفجارات هو أنها تساعد كثيرًا في مسائل الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات. إذا تمكنا من القيام بذلك مرة أخرى واكتشاف الضوء الصادر عن اندماجات الثقوب السوداء الأخرى، فيمكننا تحديد موقع موطن هذه الثقوب السوداء ومعرفة المزيد عن أصلها".

سوف يتسبب الثقب الأسود المتشكل حديثًا في ثوران آخر في السنوات القادمة. أعطت عملية الاندماج الجسم دفعة من شأنها أن تجعله يدخل مرة أخرى إلى قرص الثقب الأسود الهائل، مما يخلق انفجارًا آخر من الضوء يمكن رؤيته في ZTF.

للمادة العلمية

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• هل المادة المظلمة مكونة من ثقوب سوداء؟
• إثبات نظرية النسبية العامة لأينشتاين: "اكتشاف موجات الجاذبية يفتح نافذة جديدة على الكون"
• "مع ترقية LIGO، سنكون قادرين على اكتشاف العشرات من أحداث موجات الجاذبية سنويًا"