تعرف على "الثقوب السوداء المتوسطة الخفيفة"، وهي الثقوب السوداء الأصغر حجمًا والأكثر غموضًا من الثقوب السوداء الهائلة

نُشرت هذه المقالة أصلاً في موقع ذا كونفرسيشن، وساهمت في نشرها ضمن قسم "أصوات الخبراء: مقالات رأي ورؤى" على موقع سبيس.كوم .

الثقوب السوداء أجسام فلكية ضخمة وغريبة وقوية بشكل لا يُصدق. يعلم العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة توجد في مراكز معظم المجرات.

كيف ينمو الكون ويتطور.

ماذا عن الثقوب السوداء ذات الكتل المتوسطة؟ يصعب العثور عليها أكثر من نظيراتها النجمية والثقوب السوداء فائقة الكتلة، حيث تتراوح أحجامها بين بضع مئات إلى مئات الآلاف من أضعاف كتلة الشمس.

نحن فريق من علماء الفلك نبحث عن هذه الثقوب السوداء البينية، والتي تُسمى الثقوب السوداء المتوسطة. في ورقة بحثية جديدة، تعاون اثنان منا (كريستال وكاران) مع مجموعة من الباحثين، من بينهم باحثة ما بعد الدكتوراه أنجالي يليكار، لدراسة تموجات الزمكان ورصد اندماج بعض هذه الثقوب السوداء المراوغة.

خذني إلى لعبة الكرة (الموجة الثقالية)

للحصول على فكرة بديهية عن كيفية رصد العلماء للثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، تخيل أنك في مباراة بيسبول، حيث تجلس خلف عمود خرساني كبير، ولا يمكنك رؤية الملعب. والأسوأ من ذلك، أن صخب الجمهور يصم الآذان، ما يكاد يكون من المستحيل رؤية أو سماع المباراة.

ولكنك عالم، لذا فأنت تستخدم ميكروفونًا عالي الجودة وجهاز الكمبيوتر الخاص بك وتكتب خوارزمية كمبيوتر يمكنها أخذ البيانات الصوتية وفصل ضجيج الجمهور عن صوت ضرب المضرب للكرة.

تبدأ التسجيل، ومع قدر كافٍ من التدريب والتحديثات على أجهزتك وبرامجك، يمكنك البدء في متابعة اللعبة، والحصول على إحساس بوقت ضرب الكرة، والاتجاه الذي تتجه إليه، ومتى تصطدم بالقفاز، ومكان ضربات أقدام العدائين في التراب وأكثر من ذلك.

صحيحٌ أن مشاهدة مباراة بيسبول تُعدّ طريقةً مُرهِقة. لكن على عكس البيسبول، عند مراقبة الكون، قد لا نجد أمامنا أحيانًا سوى هذه الطريقة المُرهِقة.

هذا المبدأ المتمثل في تسجيل الصوت واستخدام خوارزميات حاسوبية لعزل موجات صوتية معينة لتحديد ماهيتها ومصدرها، يُشبه طريقة دراسة علماء الفلك مثلنا لموجات الجاذبية. موجات الجاذبية هي تموجات في الزمكان تُمكّننا من رصد أجسام كالثقوب السوداء.

تخيل الآن تطبيق خوارزمية صوتية مختلفة، واختبارها على مدار عدة أشواط من المباراة، والعثور على ضربة معينة لا يمكن لأي مزيج قانوني من المضارب والكرات أن ينتجها. تخيل أن البيانات تشير إلى أن الكرة أكبر وأثقل من كرة بيسبول قانونية. لو كان بحثنا عن مباراة بيسبول بدلًا من موجات الجاذبية، لكان هذا ما وجدناه.

الاستماع إلى الموجات الثقالية

في حين تم تصميم إعدادات تسجيل البيسبول خصيصًا لسماع أصوات لعبة البيسبول، يستخدم العلماء مرصدًا متخصصًا يسمى مرصد الموجات الثقالية بالتداخل بالليزر، أو LIGO، لمراقبة "صوت" اندماج ثقبين أسودين في الكون.

يبحث العلماء عن الموجات الثقالية التي يمكننا قياسها باستخدام مرصد ليغو، الذي يحتوي على أحد أكثر أنظمة الليزر والبصريات تقدماً على الإطلاق.

في كل حدث، يندمج ثقبان أسودان "أبوان" ليشكلا ثقبًا أسود واحدًا أكبر حجمًا. باستخدام بيانات ليغو، يستطيع العلماء تحديد مكان حدوث الاندماج وبُعده، وضخامة الثقبين الأسودين الأبوين والناتج عنهما، واتجاه حدوث الاندماج في السماء، وتفاصيل مهمة أخرى.

تتشكل معظم الثقوب السوداء الأصلية في أحداث الاندماج في الأصل من النجوم التي وصلت إلى نهاية حياتها – وهي ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية.

فجوة كتلة الثقب الأسود

ليس كل نجم يحتضر قادراً على تكوين ثقب أسود ذي كتلة نجمية. عادةً ما تتراوح كتلة النجوم التي تفعل ذلك بين 20 و100 ضعف كتلة الشمس. ولكن بفضل الفيزياء النووية المعقدة، تنفجر النجوم الضخمة بشكل مختلف، ولا تترك وراءها أي بقايا، سواءً ثقبًا أسود أو غيره.

تُنشئ هذه الفيزياء ما نُسميه "فجوة الكتلة" في الثقوب السوداء. يُرجَّح أن يكون ثقب أسود أصغر قد تكوَّن من نجمٍ يحتضر. لكننا نعلم أن ثقبًا أسودًا أكبر من حجم الشمس بحوالي 60 ضعفًا، وإن لم يكن ثقبًا أسود فائق الكتلة، يبقى كبيرًا جدًا بحيث لا يُمكن أن يكون قد تكوَّن مباشرةً من نجمٍ يحتضر.

لا يزال الحدّ الدقيق لفجوة الكتلة غير مؤكد إلى حدّ ما، ويعمل العديد من علماء الفيزياء الفلكية على قياسات أكثر دقة. ومع ذلك، نحن واثقون من وجود فجوات الكتلة، وأننا قريبون من الحدّ التقريبي.

نُطلق على الثقوب السوداء في هذه الفجوة اسم الثقوب السوداء متوسطة الكتلة الخفيفة، أو الثقوب السوداء متوسطة الكتلة الخفيفة، لأنها أقل الثقوب السوداء كتلةً التي نتوقع وجودها من مصادر أخرى غير النجوم. ولم تعد تُعتبر ثقوبًا سوداء ذات كتلة نجمية.

إن وصفها بـ"الوسيطة" لا يُفسر تمامًا سبب تميزها. فهي مميزة لصعوبة اكتشافها، ولا يزال علماء الفلك غير متأكدين من طبيعة الأحداث الفلكية التي قد تُسببها، كما أنها تُسد ثغرة في معرفة علماء الفلك بكيفية نمو الكون وتطوره.

أدلة على وجود IMBHs

في بحثنا، حللنا ١١ احتمالًا لاندماج الثقوب السوداء من جولة الرصد الثالثة لمرصد ليغو. ربما كانت هذه الاحتمالات إشارات موجات جاذبية بدت واعدة، لكنها لا تزال بحاجة إلى مزيد من التحليل لتأكيدها بشكل قاطع.

أشارت البيانات إلى أن الثقوب السوداء الأحد عشر التي حللناها، ربما كانت في نطاق الثقوب السوداء المتوسطة الحجم (IMBH) الخفيفة. وجدنا خمسة ثقوب سوداء بعد الاندماج، وكان تحليلنا واثقًا بنسبة 90% من أنها ثقوب سوداء متوسطة الحجم (IMBH) خفيفة.

والأهم من ذلك، وجدنا أن أحد الحدثين كان له ثقب أسود رئيسي يقع ضمن نطاق فجوة الكتلة، وأن حدثين آخرين كان لهما ثقبان أسودان رئيسيان يتجاوزان هذا النطاق. ولأننا نعلم أن هذه الثقوب السوداء لا يمكن أن تنشأ من النجوم مباشرةً، فإن هذا الاكتشاف يشير إلى أن الكون لديه طريقة أخرى لتكوين ثقوب سوداء بهذه الضخامة.

قد يكون الثقب الأسود الضخم بهذا الحجم نتاجًا لثقبين أسودين آخرين اندمجا في الماضي، لذا فإن مراقبة المزيد من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة يمكن أن تساعدنا في فهم عدد المرات التي تتمكن فيها الثقوب السوداء من "العثور" على بعضها البعض والاندماج في الكون.

وصل مرصد ليغو إلى المراحل النهائية من جولة الرصد الرابعة. وبما أن هذا العمل استخدم بيانات من جولة الرصد الثالثة، فإننا متحمسون لتطبيق تحليلنا على هذه المجموعة الجديدة من البيانات. نتوقع مواصلة البحث عن الثقوب السوداء المتوسطة الكتلة (IMBH) الخفيفة، ومع هذه البيانات الجديدة سنُحسّن فهمنا لكيفية "سماع" هذه الإشارات الصادرة عن الثقوب السوداء الضخمة بثقة أكبر، متجاوزين كل الضوضاء.

نأمل أن يعزز هذا العمل ليس فقط قضية الثقوب السوداء المتوسطة الخفيفة بشكل عام، بل ويساعد أيضًا في إلقاء المزيد من الضوء على كيفية تشكلها.

أُعيد نشر هذه المقالة من موقع The Conversation بموجب رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي .

تابعونا على أخبار جوجل