تحتوي مجموعة النجوم القريبة على ثقب أسود كبير بشكل غير عادي

يبدو أن الثقوب السوداء الهائلة الحجم توجد في مركز كل مجرة، وقد كانت كذلك منذ تشكل المجرات في وقت مبكر من تاريخ الكون. ولكننا لا نستطيع حاليًا تفسير وجودها بالكامل، لأنه من الصعب أن نفهم كيف يمكنها أن تنمو بسرعة كافية للوصول إلى الحد الأقصى للكتلة الهائلة الحجم بنفس السرعة التي نمت بها.

وقد تم العثور مؤخرًا على دليل محتمل باستخدام حوالي 20 عامًا من البيانات من تلسكوب هابل الفضائي. تأتي البيانات من مجموعة كروية من النجوم يُعتقد أنها بقايا مجرة ​​قزمة وتُظهر أن مجموعة من النجوم بالقرب من قلب المجموعة تتحرك بسرعة كبيرة لدرجة أنه كان من المفترض أن تُطرد منها بالكامل. وهذا يعني أن شيئًا هائلاً يبقيها هناك، والذي يزعم الباحثون أنه ثقب أسود نادر متوسط ​​الكتلة، يزن أكثر من 8000 ضعف كتلة الشمس.

تتحرك بسرعة

النجوم سريعة الحركة توجد في أوميجا سنتوريأكبر مجموعة نجمية كروية في مجرة ​​درب التبانة. مع ما يقدر بنحو 10 ملايين نجم، فهي بيئة مزدحمة، لكن الملاحظات مدعومة بقربها النسبي، حيث تبعد “فقط” 17000 سنة ضوئية. كانت هذه الملاحظات تشير إلى أنه قد يكون هناك ثقب أسود مركزي داخل المجموعة النجمية الكروية، لكن الأدلة لم تكن حاسمة.

استخدم العمل الجديد، الذي قام به فريق دولي كبير، أكثر من 500 صورة لأوميجا سنتوري، التقطها تلسكوب هابل الفضائي على مدار 20 عامًا. سمح لهم ذلك بتتبع حركة النجوم داخل المجموعة، مما سمح بتقدير سرعتها بالنسبة لمركز كتلة المجموعة. وبينما تم القيام بذلك سابقًا، سمحت البيانات الأحدث بتحديث قلل من عدم اليقين في سرعة النجوم.

في بيانات التحديث، برز عدد من النجوم بالقرب من مركز العنقود لسرعاتها القصوى: كان سبعة منها تتحرك بسرعة كافية بحيث لا تكون قوة الجاذبية للعنقود كافية لإبقائها هناك. كان من المفترض أن تختفي النجوم السبعة من العنقود في غضون 1000 عام، على الرغم من أن عدم اليقين ظل كبيرًا بالنسبة لاثنين منهم. بناءً على حجم العنقود، لا ينبغي أن يكون هناك حتى نجم واحد في المقدمة بين هابل وعنقود أوميجا، لذلك يبدو أن هذه النجوم موجودة بالفعل داخل العنقود على الرغم من سرعتها.

التفسير الأبسط لذلك هو أن هناك كتلة إضافية تحافظ على ثباتها في مكانها. وقد يكون ذلك عبارة عن عدة أجسام ضخمة، لكن القرب الشديد بين كل هذه النجوم ومركز العنقود يجعل من الممكن وجود جسم واحد مضغوط. وهذا يعني وجود ثقب أسود.

وبناءً على السرعات، يقدر الباحثون أن كتلة الجسم تبلغ 8200 مرة على الأقل من كتلة الشمس. ويبدو أن نجمين يتسارعان؛ وإذا ثبت ذلك بناءً على مزيد من الملاحظات، فسيشير ذلك إلى أن كتلة الثقب الأسود تزيد عن 20 ألف كتلة شمسية. وهذا يضعه بقوة ضمن منطقة الثقب الأسود، على الرغم من أنه أصغر من الثقوب السوداء الهائلة، والتي يُنظر إليها على أنها تلك التي تبلغ كتلتها مليون كتلة شمسية أو أكثر. وهو أكبر بكثير مما تتوقعه من الثقوب السوداء التي تشكلت من خلال موت نجم، والتي لا يُتوقع أن تكون أكبر بكثير من 100 مرة كتلة الشمس.

وهذا يضعه ضمن فئة الثقوب السوداء متوسطة الكتلة، والتي لا يوجد منها سوى عدد قليل من المشاهدات المحتملة، ولا يوجد أي منها مقبول عالميًا. لذا، فإن هذا الاكتشاف مهم لسبب واحد فقط، وهو أنه قد يكون أقل اكتشاف مثير للجدل لثقب أسود متوسط ​​الكتلة حتى الآن.

ماذا يخبرنا هذا؟

في الوقت الحالي، لا تزال هناك شكوك كبيرة في بعض التفاصيل هنا – لكن هناك احتمالات لتحسين الوضع. يمكن للملاحظات التي تتم باستخدام تلسكوب ويب الفضائي التقاط الانبعاثات الخافتة من الغاز الذي يسقط في الثقب الأسود. ويمكنه تتبع النجوم السبعة التي تم تحديدها هنا. يمكن لمطيافه أيضًا التقاط التحولات الحمراء والزرقاء في الضوء الناتجة عن حركة النجم. يمكن لموقعه على مسافة كبيرة من هابل أيضًا أن يوفر صورة ثلاثية الأبعاد أكثر تفصيلاً للهيكل المركزي لأوميجا سنتوري.

إن معرفة ذلك قد يخبرنا بالمزيد عن كيفية نمو الثقوب السوداء إلى أحجام هائلة. كما تم رصد ثقوب سوداء متوسطة الكتلة في وقت سابق في مجموعات كروية، وهو ما قد يشير إلى أنها سمة عامة للتجمعات الضخمة من النجوم.

لكن أوميجا سنتوري تختلف عن العديد من العناقيد الكروية الأخرى، والتي غالبًا ما تحتوي على أعداد كبيرة من النجوم التي تشكلت جميعها في نفس الوقت تقريبًا، مما يشير إلى أن العناقيد تشكلت من سحابة عملاقة واحدة من المواد. تحتوي أوميجا سنتوري على نجوم ذات أعمار مختلفة، وهو أحد الأسباب التي تجعل الناس يعتقدون أنها بقايا مجرة ​​قزمة تم امتصاصها في مجرة ​​درب التبانة.

إذا كان الأمر كذلك، فإن الثقب الأسود المركزي يشبه الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في المجرات القزمة الفعلية – وهو ما يثير التساؤل حول سبب كونه متوسط ​​الكتلة فقط. هل تداخل شيء ما في تفاعلاته مع مجرة ​​درب التبانة مع نمو الثقب الأسود؟

وفي النهاية، لا شيء من هذا يلقي الضوء على كيفية نمو أي ثقب أسود ليصبح أضخم بكثير من أي نجم يمكن أن يتشكل منه. إن الحصول على فهم أفضل لتاريخ هذا الثقب الأسود قد يوفر منظورًا أفضل لبعض الأسئلة التي تحير علماء الفلك حاليًا.

الطبيعة، 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07511-z (حول DOIs).