ما هو حجم الثقوب السوداء "الضخامية" التي قد يصل إليها العلماء؟ قد يكون لدى العلماء الإجابة
ما هو حجم الثقوب السوداء "الضخامية" التي قد يصل إليها العلماء؟ قد يكون لدى العلماء الإجابة
يعتقد العلماء أن في قلب كل المجرات الكبيرة تكمن ثقوب سوداء هائلة الكتلة، وهي جبابرة كونية ذات كتلة تعادل ملايين أو حتى مليارات من كتلة الشمس. ومع ذلك، فإن بعض الثقوب السوداء تتجاوز هذه الكتلة الهائلة لتصبح "ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة".
أضخم ثقب أسود نعرفه حتى الآن هو فينيكس أ، الذي يقع في قلب مجموعة فينيكس، وهي واحدة من أضخم المجموعات التي تم اكتشافها على الإطلاق. يقع فينيكس أ على بعد 5.8 مليار سنة ضوئية، وتقدر كتلته بحوالي 100 مليار شمس. ثقب أسود عملاق آخر هو تونانتزينتلا 618 (تون 618)، ويقع على بعد حوالي مليار سنة ضوئية وتبلغ كتلته حوالي 66 مليار شمس.
"الثقوب السوداء الهائلة هي الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن 10 مليارات مرة كتلة الشمس"، كما قال ناتاراجان لموقع Space.com. "يتم تعريف الثقوب السوداء الهائلة بأنها ثقوب سوداء تزيد كتلتها عن 10 ملايين مرة كتلة الشمس. لذا فإن الثقوب السوداء الهائلة ستكون في المتوسط أكبر كتلة بنحو 10 آلاف مرة من الثقوب السوداء الهائلة".
أين يمكن البحث عن الثقوب السوداء الهائلة؟
قبل أن يتمكن العلماء من التحقيق في الثقوب السوداء الهائلة، يتعين عليهم أولاً تحديد أين تتجول هذه الألعاب الكونية الضخمة. أوضحت ناتاراجان أن أحد الأدلة يأتي من حقيقة أن كتل الثقوب السوداء الهائلة المركزية تبدو مرتبطة بكتلة النجوم داخل المجرات التي تستضيفها. وبالتالي فإن المجرات التي تحتوي على المزيد من النجوم، وبالتالي "الكتل النجمية" الأكبر، يجب أن تستضيف المزيد من الثقوب السوداء الهائلة.
وقال ناتاراجان: "تشير هذه العلاقة إلى وجود صلة عميقة بين كيفية نمو الثقوب السوداء وتشكل النجوم في مجراتها المضيفة".
وبالتالي، فإن الثقوب السوداء فائقة الكتلة ذات الكتل الأكثر ضخامة ينبغي أن توجد في ألمع المجرات التي تحتوي على أكبر عدد من النجوم. وبالتالي فإن ألمع المجرات في مركز مجموعات المجرات، والمعروفة باسم "ألمع المجرات المركزية" (BCGs) سوف تكون المرشحة المثالية لإيواء الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
"لقد تم العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة حيث توقعت نتائجنا أن نبحث للعثور عليها، في مراكز مجرات بوسطن الكونية القريبة. ما يفاجئني هو كيف أن الثقوب السوداء من جميع الأحجام منتشرة في كل مكان في الكون"، كما قال ناتاراجان.
وأضاف عالم الفلك: "يبدو أن المجرات تؤوي مجموعات متعددة من الثقوب السوداء، ثقب أسود فائق الكتلة أو ثقب أسود فائق الكتلة في المركز اعتمادًا على سطوع المجرة؛ مجموعة كاملة من الثقوب السوداء المتجولة التي ستكون خارج المركز وموزعة في كل مكان ويمكن أن تتراوح كتلتها من الثقوب السوداء الفائقة الكتلة إلى كتل أقل".
إذن لماذا يجب أن يكون هناك حد لكتلة الثقوب السوداء على الإطلاق؟
هل لا يمكن لهذه الكواكب العملاقة المهيمنة على المجرة أن تنمو وتنمو وتنمو، مع أن الحدود الوحيدة المفروضة عليها هي كمية الغاز والغبار والنجوم المتاحة لها وكمية الوقت المتاحة لها "للتغذية؟"
اتضح أن هناك سقفًا، والثقوب السوداء في الواقع تفرض هذا الحد من النمو على نفسها.
"وفقًا للحجج النظرية التي قدمناها، فإن الثقوب السوداء الهائلة الحجم تعيق نموها"، أوضحت ناتاراجان. "هذا هو التسلسل الذي نتوقع حدوثه: يتدفق الغاز إلى مركز المجرة لتغذية الثقب الأسود الهائل الحجم. ومع ذلك، لا يصل كل الغاز إلى أفق الثقوب السوداء الهائلة الحجم ويتراكم. بل إن جزءًا صغيرًا يصل إلى الداخل، والباقي يقطره الثقب الأسود. إنها آكلات فوضوية للغاية!"
الجزء من الغاز الذي لا يسقط في الثقب الأسود يتم تفجيره بعيدًا على شكل تدفقات قوية وسريعة الحركة أو "نفاثات فيزيائية فلكية"، والتي يمكن أن تمتد لعشرات السنين الضوئية خارج مجرتها المضيفة.
وتصطدم هذه التدفقات في النهاية بالغاز الأبعد عن مصدر الثقب الأسود الواقع في المجرة المحيطة، فتسخنه وتحوله وتؤثر بشكل مباشر على ولادة النجوم في تلك المجرة. ويرجع هذا إلى أن النجوم تتشكل عندما تبرد سحب الغاز والغبار وتتكثف. وأوضح ناتاراجان أن النفاثات تمنع تشكل النجوم عن طريق تسخين هذا الغاز ومنعه من التكثيف.
كما أن عمل هذه النفاثات يدفع الغاز بعيدًا عن المنطقة المركزية للمجرة، مما يقطع "مصدر الغذاء" للمواد المتدفقة إلى الثقب الأسود المركزي وبالتالي التدفقات المنظمة ذاتيًا. وهذا يعني أن هناك حلقة تغذية مرتدة طبيعية لنمو الثقب الأسود.
وقال ناتاراجان إنه مع عدم وجود فرصة لتدفق الغاز إلى المنطقة المركزية من بقية المجرة، بمجرد استهلاك الغاز في المناطق الداخلية من المجرات بالكامل، فإن نمو الثقب الأسود يتعطل، ويتوقف نموه.
وإذا أخذنا في الاعتبار الطرق التي تنمو بها الثقوب السوداء ونظام التغذية الراجعة الطبيعي الذي يبدو أنه يقطع عنها إمدادات غذائها ويقمع نموها، فإن الحد الأقصى للثقوب السوداء فائقة الكتلة سيكون حوالي 100 مليار كتلة شمسية، وفقا لناتاراجان.
وهذا يعني، إذا كان ناتاراجان وزملاؤه على حق، فإن فينيكس أ قد لا يكون الثقب الأسود الأكثر ضخامة الذي اكتشفناه على الإطلاق فحسب – بل قد يكون أيضًا أكبر ثقب أسود سنكتشفه على الإطلاق ، لأنه يقع مباشرة على هذا الحد.
قصص ذات صلة:
لم تنته ناتاراجان وفريقها من الثقوب السوداء، ولكنهم يحولون تركيزهم إلى أمثلة أقل حجماً ولكنها ليست أقل إثارة للاهتمام من هذه العمالقة الكونية.
يريد الفريق دراسة الثقوب السوداء التي تتراوح كتلتها بين الثقوب السوداء الهائلة الكتلة والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. وتبلغ كتلة أعضاء هذه المجموعة الأخيرة نحو مائة ضعف كتلة الشمس، وتتكون من انهيار النجوم الضخمة في نهاية حياتها. وتُعرف الفئة المثيرة للاهتمام بين الثقوب السوداء الهائلة الكتلة والكتلة النجمية باسم "الثقوب السوداء متوسطة الكتلة"، وقد ثبت أنها بعيدة المنال بالنسبة لعلماء الفلك الذين يطاردونها.
وخلصت ناتاراجان إلى أن "الخطوة التالية هي سد الفجوة بين الثقوب السوداء الهائلة والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. ومن المفترض أن يكون هناك عدد كبير من الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة التي تتراوح كتلتها بين 1000 إلى 10000 ضعف كتلة الشمس، والتي بدأنا الآن في اكتشافها ببطء".
تم نشر بحث الفريق على موقع مستودع الأوراق العلمية arXiv.
