اكتشاف أضخم ثقب أسود نجمي في مجرة درب التبانة

اكتشف علماء فلك أضخم ثقب أسود نجمي، جرى رصده على الإطلاق داخل مجرة درب التبانة، عن طريق استخدام بيانات من مهمة "جايا" التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية؛ وعبر رصد تأثيره على حركة النجم الذي يدور حوله، إذ أظهر حركة "متذبذبة" غير عادية.

ولتأكيد كتلة الثقب الأسود، استخدم العلماء، أيضاً، ملاحظات من التلسكوبات الأرضية، مثل التلسكوب الكبير جداً التابع للمرصد الجنوبي الأوروبي؛ وأكدت هذه الملاحظات أن كتلة الثقب الأسود تبلغ 33 مرة كتلة الشمس.

والثقب الأسود النجمي المكتشف حديثاً قريب جداً من الأرض، حيث يقع على بعد 2000 سنة ضوئية فقط في كوكبة العقاب، وهو ثاني أقرب ثقب أسود معروف للأرض.

وأطلق العلماء على ذلك الثقب اسم Gaia BH3، وقال المؤلف المشارك في الدراسة "باسكوال بانوزو" وهو عالم الفلك من المركز الوطني للبحث العلمي في مرصد باريس: "لم يكن أحد يتوقع العثور على ثقب أسود عالي الكتلة كامناً في مكان قريب، ولم يتم اكتشافه حتى الآن، هذا هو نوع الاكتشاف الذي تقوم به مرة واحدة في حياتك البحثية".

ما هي الثقوب السوداء النجمية؟

والثقب الأسود النجمي، هو نوع من الثقوب السوداء التي تتشكل من انهيار الجاذبية لنجم ضخم في نهاية دورة حياته؛ فعندما يستنفد نجم ضخم وقوده النووي، يتعرض لانفجار تُطرد خلاله طبقاته الخارجية إلى الفضاء، تاركاً وراءه نواة كثيفة، وإذا كان اللب المتبقي ضخماً بدرجة كافية -عادةً عدة أضعاف كتلة الشمس- فإنه ينهار تحت تأثير جاذبيته ليشكل ثقباً أسود.

وتتميز الثقوب السوداء النجمية بحجمها الصغير نسبياً مقارنة بأنواع الثقوب السوداء الأخرى، مثل الثقوب السوداء فائقة الكتلة الموجودة في مراكز المجرات.

وعادة ما تتراوح كتلتها من عدة مرات إلى عشرات أضعاف كتلة الشمس؛ وغالباً ما توجد الثقوب السوداء النجمية أيضاً في الأنظمة الثنائية، حيث تدور حول نجم مرافق، ويمكن الاستدلال على وجودها من تأثيرات سحب جاذبيتها على حركة النجم المرافق.

ومن حيث خصائصها، تشترك الثقوب السوداء النجمية في العديد من أوجه التشابه مع أنواع أخرى من الثقوب السوداء، إذ إن لديها أفق حدث، لا يمكن لأي شيء بعده، ولا حتى الضوء، الهروب من جاذبيتهم.

وتختلف الثقوب السوداء النجمية عن الأنواع الأخرى من الثقوب السوداء بشكل أساسي في حجمها وآلية تكوينها، فعلى سبيل المثال، يمكن للثقوب السوداء فائقة الكتلة أن تكون كتلتها أكبر بملايين أو حتى مليارات المرات من كتلة الشمس، ويُعتقد أنها تتشكل من خلال عمليات تنطوي على اندماج ثقوب سوداء أصغر حجماً، وتراكم المادة المحيطة بها.

واستخدم الباحثون بيانات من المراصد الأرضية، بما في ذلك أداة قياس الطيف فوق البنفسجي والمرئي الموجودة على التلسكوب التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، الموجود في صحراء أتاكاما في تشيلي.

وكشفت هذه الملاحظات عن الخصائص الرئيسية للنجم المرافق، والتي إلى جانب بيانات جايا، سمحت لعلماء الفلك بقياس كتلة الثقب الأسود النجمي الجديد بدقة.

واكتشف علماء الفلك ثقوباً سوداء ضخمة مماثلة خارج مجرتنا، وافترضوا أنها قد تتشكل من انهيار النجوم مع عدد قليل جداً من العناصر الأثقل من الهيدروجين والهيليوم في تركيبها الكيميائي.

ويعتقد أن هذه النجوم "الفقيرة بالمعادن" تفقد كتلة أقل خلال حياتها، وبالتالي لديها المزيد من المواد المتبقية لإنتاج ثقوب سوداء عالية الكتلة بعد انهيارها، لكن الأدلة التي تربط بشكل مباشر بين النجوم الفقيرة بالمعادن والثقوب السوداء عالية الكتلة لا تزال غير متوفرة حتى الآن.

والنجوم الموجودة في أزواج ثنائية -نجمان يدوران حول بعضهما البعض- غالباً ما يكون لها تركيب متشابه، مما يعني أنها مصنوعة من عناصر متشابهة، وفي حالة الثقب الأسود النجمي الجديد؛ قد يقدم النجم المرافق له معلومات قيمة عن النجم الذي انهار ليشكل الثقب الأسود.

في هذه الحالة بالذات، كشفت البيانات الواردة من مطياف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية أن النجم المرافق لـلثقب الأسود المكتشف، فقير جدًا بالمعادن.

والنجم "الفقير للمعادن" من الناحية الفلكية يعني أن النجم يحتوي على عدد أقل من العناصر الثقيلة؛ أيّ عناصر أثقل من الهيليوم، مقارنة بالنجوم ذات المعدن الأعلى.

 أهمية اكتشاف ثقب أسود نجمي في مجرة درب التبانة

وتكمن أهمية هذا الاكتشاف، في أنه يؤكد التوقعات النظرية حول تكوين الثقب الأسود النجمي، وبما أن النجم المرافق فقير جداً بالمعادن، فهذا يشير إلى أن النجم الذي انهار ليشكل الثقب الأسود النجمي كان أيضاً فقيراً بالمعادن؛ وهو ما يدعم النماذج الحالية لتطور النجوم وتكوين الثقوب السوداء، والتي تقترح أن النجوم الفقيرة بالمعادن من المرجح أن تؤدي إلى ظهور ثقوب سوداء عالية الكتلة.

ويوفر اكتشاف الثقب الأسود النجمي الجديد رؤى مهمة حول تكوين النجوم وتطورها، وتشكل خصائصها الفريدة، بما في ذلك نسبة كتلته المنخفضة، ومداره الواسع، وتركيبه الكيميائي المحدد، تحديات أمام التطور النجمي الحالي والنماذج الثنائية.

علاوة على ذلك، يؤكد هذا الاكتشاف على أهمية دراسة الأنظمة النجمية الثنائية داخل مجرتنا، وتلك التي تم اكتشافها في المجرات الخارجية.