الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر قوى الطبيعة روعة وغامضة. في الوقت نفسه ، فهي أساسية لفهمنا للفيزياء الفلكية. ليس فقط الثقوب السوداء هي نتيجة النجوم الضخمة بشكل خاص التي تتحول إلى مستعر أعظم في نهاية حياتها ، ولكنها أيضًا مفتاح لفهمنا للنسبية العامة ويعتقد أنها لعبت دورًا في التطور الكوني.
ولهذا السبب ، حاول الفلكيون بجد إنشاء تعداد للثقوب السوداء في مجرة درب التبانة لسنوات عديدة. ومع ذلك ، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن علماء الفلك ربما أغفلوا فئة كاملة من الثقوب السوداء. يأتي هذا من اكتشاف حديث حيث لاحظ فريق من علماء الفلك ثقبًا أسود يزيد قليلاً عن ثلاث كتل شمسية ، مما يجعله أصغر ثقب أسود تم اكتشافه حتى الآن.
ظهرت الدراسة في المجلة مؤخرًا: "نظام ثنائي النجم عملاق منخفض الكتلة - كتلة سوداء غير تفاعلية" علم. قاد الفريق المسؤولون علماء فلك من جامعة ولاية أوهايو وشملوا أعضاء من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، ومراصد معهد كارنيجي للعلوم ، ومركز علم الكونيات الداكن ، والعديد من المراصد والجامعات.
كان هذا الاكتشاف جديرًا بالملاحظة بشكل خاص لأنه حدد شيئًا لم يكن علماء الفيزياء الفلكية يعرفونه من قبل. ونتيجة لذلك ، يضطر العلماء الآن إلى إعادة النظر فيما اعتقدوا أنهم يعرفونه عن عدد الثقوب السوداء في مجرتنا. كما أوضح تود طومسون ، أستاذ علم الفلك في جامعة ولاية أوهايو والمؤلف الرئيسي للدراسة:
"نحن نظهر هذا التلميح بأن هناك عددًا آخر من السكان لم نقم ببحثه بعد في البحث عن الثقوب السوداء. يحاول الناس فهم انفجارات السوبرنوفا ، وكيف تنفجر النجوم السوداء الفائقة ، وكيف تشكلت العناصر في النجوم الفائقة الكتلة. لذا ، إذا تمكنا من الكشف عن عدد جديد من الثقوب السوداء ، فسيخبرنا المزيد عن النجوم التي تنفجر ، وأيها لا تنفجر ، وما هي الثقوب السوداء ، والتي تشكل النجوم النيوترونية. إنه يفتح مجالًا جديدًا للدراسة ".
نظرًا لتأثيرهم على المكان والزمان ، كان علماء الفلك يبحثون منذ فترة طويلة عن الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية. نظرًا لأنها هي أيضًا النتائج التي تموت عندما تموت النجوم ، يمكنها أيضًا تقديم معلومات حول دورات حياة النجوم وكيف تتشكل العناصر. من أجل القيام بذلك ، يحتاج الفلكيون أولاً إلى تحديد مكان الثقوب السوداء في مجرتنا ، الأمر الذي يتطلب منهم معرفة ما الذي يبحثون عنه.
إحدى الطرق للعثور عليها هي البحث عن أنظمة ثنائية ، حيث يتم قفل نجمين في المدار مع بعضهما البعض بسبب جاذبيتهما المتبادلة. عندما يتعرض أحد هذه النجوم لانهيار الجاذبية قرب نهاية حياته ، فإنه إما سينهار ليشكل نجمًا نيوترونيًا أو ثقبًا أسود. إذا وصل النجم المرافق إلى مرحلة الفرع الأحمر (RBP) لتطوره ، فسوف يتوسع بشكل كبير.
سيؤدي هذا التوسع إلى تعرض العملاق الأحمر لثقبه الأسود أو رفيقه النجم النيوتروني. سيؤدي هذا إلى سحب المواد من سطح الأولى واستهلاكها ببطء من قبل الأخيرة. ويتجلى ذلك من خلال الحرارة والأشعة السينية التي تنبعث منها كمادة من النجم تتراكم على رفيق الثقب الأسود.
حتى الآن ، كانت جميع الثقوب السوداء في مجرتنا التي حددها علماء الفلك بين خمس وخمس عشرة كتلة شمسية. على النقيض من ذلك ، لا تكون النجوم النيوترونية عمومًا أكبر من حوالي 2.1 كتلة شمسية ، لأن أي شيء أكبر من 2.5 كتلة شمسية سينهار ليشكل ثقبًا أسود. عندما اكتشف LIGO و Virgo بشكل مشترك موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقب الأسود ، كانا 31 و 25 كتلة شمسية ، على التوالي.
أظهر هذا أن الثقوب السوداء يمكن أن تحدث خارج ما اعتبره علماء الفلك النطاق الطبيعي. كما قال طومسون:
"على الفور ، كان الجميع مثل" نجاح باهر "، لأنه كان شيئًا مذهلاً. ليس فقط لأنه أثبت أن ليجو يعمل ، ولكن لأن الجماهير كانت ضخمة. الثقوب السوداء بهذا الحجم كبيرة - لم نرها من قبل ".
ألهم هذا الاكتشاف طومسون وزملائه بالنظر في إمكانية وجود أجسام غير مكتشفة موجودة بين أكبر النجوم النيوترونية وأصغر الثقوب السوداء. للتحقيق في ذلك ، بدأوا في الجمع بين البيانات من تجربة Apache Point Observatory Galactic Evolution (APOGEE) - وهو مسح فلكي يجمع أطياف من حوالي 100000 نجم عبر المجرة.
قام طومسون وزملاؤه بفحص هذا الأطياف بحثًا عن علامات التغييرات التي قد تشير إلى ما إذا كان النجم يدور حول جسم آخر. على وجه التحديد ، إذا كان النجم يظهر علامات على تحول دوبلر - حيث يتناوب أطيافه بين التحول نحو نهاية bluer ثم أطوال الموجة الحمراء - فهذا سيكون إشارة إلى أنه قد يدور حول رفيق غير مرئي.
هذه الطريقة هي واحدة من أكثر الوسائل فعالية وشعبية لتحديد ما إذا كان للنجم نظام مداري من الكواكب. عندما تدور الكواكب حول نجم ، فإنها تمارس قوة جاذبية عليه تجعله يتحرك ذهابًا وإيابًا. تم استخدام هذا النوع نفسه من التحول من قبل طومسون وزملائه لتحديد ما إذا كان أي من نجوم APOGEE يدور حول ثقب أسود.
بدأ الأمر بتضييق طومسون على بيانات APOGEE إلى 200 مرشح أثبتت أنها الأكثر إثارة للاهتمام. ثم أعطى البيانات إلى Tharindu Jayasinghe (زميل أبحاث الدراسات العليا في ولاية أوهايو) الذي استخدم بعد ذلك بيانات من All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - التي يتم تشغيلها بواسطة OSU ووجدت أكثر من 1000 مستعر أعظم - لتجميع الآلاف من صور كل مرشح.
كشف هذا عن نجم أحمر عملاق بدا أنه يدور حول شيء أصغر بكثير من أي ثقب أسود معروف ، ولكنه أكبر بكثير من أي نجوم نيوترونية معروفة. بعد دمج النتائج مع بيانات إضافية من Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) والقمر الصناعي Gaia ، أدركوا أنهم عثروا على ثقب أسود يقارب 3.3 أضعاف كتلة الشمس.
هذه النتيجة لا تؤكد فقط وجود فئة جديدة من الثقب الأسود منخفض الكتلة ، ولكنها قدمت أيضًا طريقة جديدة لتحديد موقعها. كما أوضح طومسون:
"ما قمنا به هنا هو التوصل إلى طريقة جديدة للبحث عن الثقوب السوداء ، ولكننا أيضًا حددنا على الأرجح واحدة من أول فئة جديدة من الثقوب السوداء منخفضة الكتلة لم يعرفها الفلكون سابقًا. تخبرنا كتل الأشياء عن تكوينها وتطورها ، وتخبرنا عن طبيعتها ".
