اكتشف علماء الفلك أثقل ثقب أسود نجمي في درب التبانة

الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا هو بطل الوزن الثقيل بلا منازع لمجرة درب التبانة، لكن جسمًا تم رصده حديثًا يأخذ تاج أضخم ثقب أسود نجمي معروف في مجرتنا، حيث يصل وزنه إلى 33 ضعف كتلة الشمس. شمسنا.

اكتشف فريق بقيادة باسكوال بانوزو، عالم الفلك في مرصد باريس، أضخم ثقب أسود نجمي تم اكتشافه على الإطلاق في درب التبانة. ويتفوق Gaia BH3 على صاحب الرقم القياسي السابق، Cygnus X-1، الذي يزن 21 كتلة شمسية فقط. النتائج هي مفصلة في بحث صدر اليوم في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.

يقع Gaia BH3 في كوكبة العقاب، على بعد حوالي 2000 سنة ضوئية من الأرض. اكتشفه الفريق خلال مراجعة بيانات بعثة غايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، وهو مرصد فضائي يعمل منذ عام 2013. وتتمثل مهمة غايا المستمرة في بناء الخريطة ثلاثية الأبعاد الأكثر تفصيلاً لمجرتنا. كان النجم الذي يدور حول BH3 معروفًا بالفعل لعلماء الفلك، لكن وضعه كرفيق للثقب الأسود كان بمثابة مفاجأة كاملة، والوزن الناتج أكثر من ذلك.

“عندما رأيت النتائج لأول مرة، كنت مقتنعا بوجود مشكلة في البيانات. وقال بانوزو لجيزمودو: “لم أستطع أن أصدق ذلك”. “الآن، أشعر أنني فعلت ذلك حقًا ال اكتشاف حياتي!

كان هذا الاكتشاف مدعومًا بمجموعة من المراصد الأرضية والأدوات المتطورة، بما في ذلك مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UVES) الموجود على التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي، ومطياف هيرميس في تلسكوب مركاتور في إسبانيا، ومقياس SOPHIE. مطياف عالي الدقة في فرنسا.

استخدم علماء الفلك قياسات جايا الدقيقة لتحديد حجم المدار والوقت الذي يستغرقه النجم للدوران حول الثقب الأسود. ثم قاموا بتطبيق قوانين كيبلر، وهي مبادئ تصف حركات الكواكب والنجوم، لحساب كتلة الثقب الأسود من حجم المدار وفترة دورانه. لقد استخدموا طريقتين: القياسات الفلكية، التي تتبع الحركات المتذبذبة الطفيفة للنجم المرافق حيث يبدو أنه يغير مواقعه في السماء، والتحليل الطيفي، الذي يستخدم تأثير دوبلر لقياس السرعة التي يتحرك بها النجم نحو أو بعيدًا عن نحن.

الثقوب السوداء النجمية هي بقايا نجوم ضخمة انهارت تحت تأثير جاذبيتها، وتشكل عادةً ثقوبًا سوداء تبلغ كتلتها حوالي 10 أضعاف كتلة شمسنا. تشير الكتلة الكبيرة لـ Gaia BH3 إلى أنه نشأ من نجم فقير بالمعادن، والذي احتفظ بكتلة أكبر على مدار حياته، وبالتالي يمكن أن يشكل ثقبًا أسود أكبر عند وفاته، وفقًا للبحث الجديد.

وعلى النقيض من ذلك، فإن الثقب الأسود الهائل Sagittarius A*، الموجود في قلب المجرة، أكبر بكثير، حيث تبلغ كتلته حوالي 4 ملايين مرة كتلة الشمس. لا تتشكل هذه الأجسام العملاقة من انهيار نجم واحد، ولكن من المحتمل أنها تنمو من اندماج ثقوب سوداء أصغر وتراكم الغاز والمواد النجمية على مدى ملايين السنين.

وأوضح بانوزو أن الثقب الأسود النجمي “تشكل نتيجة انهيار الجاذبية لنجم ضخم – نجم ربما يكون أكبر من شمسنا بـ 40 إلى 50 مرة – في نهاية حياته”. “هذه الأنواع من النجوم لها عمر قصير، بضعة ملايين من السنين، مقارنة بـ 10 مليارات سنة من عمر الشمس، وتنتهي حياتها بمستعر أعظم، تاركة وراءها ثقبًا أسود. ولهذا السبب نطلق عليها اسم الثقوب السوداء النجمية، حتى لا نخلط بينها وبين الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مركز المجرات.

وقال بانوزو إنه “من المحتمل جدًا” وجود ثقوب سوداء نجمية أكبر في مجرتنا. في السابق، تلسكوبات الجاذبية LIGO-Virgo-KAGRA رصد اندماج ثقوب سوداء تزيد كتلتها عن 80 كتلة شمسية في مجرات بعيدة. وبالفعل تم اكتشاف ثقوب سوداء نجمية ثقيلة من قبل، ولكن في مجرات أخرى وباستخدام طرق بديلة للكشف. ويتم التعرف على هذه الثقوب السوداء البعيدة من خلال علم الفلك موجات الجاذبية، الذي يلاحظ التموجات في الزمكان الناجمة عن اندماج الثقوب السوداء النجمية. سألت بانوزو لماذا تمكنا من العثور على ثقوب سوداء نجمية ضخمة في مجرات بعيدة جدًا، لكننا لم نرصد واحدًا إلا مؤخرًا في مجرتنا.

وقال: “هناك سببان”. “الأول هو أن تلسكوبات الجاذبية LIGO-Virgo-KAGRA قادرة على اكتشاف اندماج الثقوب السوداء على مسافة بعيدة جدًا، مما يؤدي إلى استكشاف مليارات المجرات. والثاني هو أن هذه الثقوب السوداء تنتجها نجوم ضخمة ذات معدنية منخفضة”، أي نجوم تتكون بشكل شبه حصري من الهيدروجين والهيليوم، مع آثار فقط من العناصر الأخرى. وقال بانوزو: “كانت هذه النجوم موجودة في مجرتنا فقط في بداياتها، لذلك لم يعد بإمكاننا رؤية تشكيل ثقوب سوداء ضخمة جديدة في مجرتنا”.

كانت البيانات المستخدمة في الدراسة مخصصة في البداية لإصدار بيانات غايا القادم، المتوقع بحلول نهاية عام 2025. ولكن نظرًا لأهمية الاكتشاف، اختار الفريق نشر النتائج مبكرًا. وأوضح بانوزو: “هذا الاكتشاف له آثار كثيرة على نماذج تطور النجوم ومجال موجات الجاذبية”. “لقد اعتبر أن هذا الاكتشاف الاستثنائي لا يمكن إخفاءه عن المجتمع لمدة عامين في انتظار الإصدار التالي.” وأضاف أنه من خلال الكشف عنها الآن، يمكن للمجتمع العلمي إجراء ملاحظات المتابعة في وقت مبكر.

ولتحقيق هذه الغاية، ستهدف عمليات الرصد المستقبلية باستخدام أداة GRAVITY الموجودة على مقياس التداخل للتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي إلى تحديد ما إذا كان هذا الثقب الأسود يسحب المادة من محيطه، مما يوفر رؤى أعمق حول طبيعته وسلوكه.

أكثر: تموجات في الزمكان تكشف عن جسم غامض يصطدم بجثة نجم.