اكتشاف سرب كامل من الثقوب السوداء يتحرك عبر مجرة درب التبانة

في حدث مثير، رُصد سرب كامل من الثقوب السوداء وهو يتحرك عبر مجرة درب التبانة. يعتقد أن هذا السرب يتكون من أكثر من 100 ثقب أسود يساوي كتلة نجم.

المجموعة النجمية المعنية تُعرف باسم “بالومار 5″، وهي عبارة عن مجرى نجمي يمتد على مسافة 30,000 سنة ضوئية، وتقع على بعد حوالي 80,000 سنة ضوئية من الأرض. مثل هذه المجموعات الكروية تُعتبر غالبًا “حفريات” للكون المبكر، إنها كثيفة جدًا وكروية الشكل، وعادةً ما تحتوي على حوالي 100,000 إلى 1 مليون نجم قديم؛ وبعضها، مثل NGC 6397، يبلغ عمره تقريبًا عمر الكون نفسه.

في أي تجمع كروي، تشكلت جميع نجومه في نفس الوقت ومن نفس سحابة الغاز. تحتوي مجرة درب التبانة على حوالي 150 تجمعًا كرويًا معروفًا؛ هذه الأجسام تعتبر أدوات ممتازة لدراسة، على سبيل المثال، تاريخ الكون أو محتوى المادة المظلمة في المجرات التي تدور حولها. ولكن هناك نوع آخر من مجموعات النجوم الذي يكتسب المزيد من الاهتمام – التيارات المدية، وهي أنهار طويلة من النجوم تمتد عبر السماء.

في السابق، كانت هذه التيارات صعبة الكشف، ولكن مع جهود مرصد غايا الفضائي في رسم خريطة مجرة درب التبانة بدقة عالية في ثلاثة أبعاد، تم تسليط الضوء على المزيد من هذه التيارات.

“عالم الفلك مارك جيليس من جامعة برشلونة في إسبانيا أشار في عام 2021.

“لا نعرف كيف تتشكل هذه التيارات، لكن هناك فكرة واحدة تفترض أنها ناتجة عن تجمعات نجمية مضطربة. مع ذلك، لا توجد أي من التيارات التي تم اكتشافها مؤخرًا مرتبطة بتجمع نجمي، لذا لا يمكننا أن نكون متأكدين. لفهم كيفية تشكل هذه التيارات، نحتاج إلى دراسة واحدة مرتبطة بنظام نجمي. تعتبر بالومار 5 هي الحالة الوحيدة المعروفة، مما يجعلها بمثابة حجر رشيد لفهم تكوين هذه التيارات، ولذلك قمنا بدراستها بشكل مفصل.”.

يبدو أن بالومار 5 فريدة من نوعها لأنها تتمتع بتوزيع واسع وفضفاض من النجوم بالإضافة إلى تيار مدّي طويل، يمتد لأكثر من 20 درجة في السماء، لذا ركز جيليس وفريقه عليها.

استخدم الفريق محاكاة معقدة لجسم ن لتكرار المدارات والتطورات لكل نجم في العنقود، بهدف فهم كيف انتهى بها المطاف إلى حيث هي اليوم.

نظرًا لأن الأدلة الحديثة تشير إلى أن تجمعات من الثقوب السوداء قد توجد في المناطق المركزية للكتل الكروية، ولأن التفاعلات الجاذبية مع الثقوب السوداء معروفة بأنها تدفع النجوم بعيدًا، فقد شمل العلماء الثقوب السوداء في بعض محاكاتهم.

أظهرت نتائجهم أن وجود تجمع من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية داخل بالومار 5 يكون قد أسفر عن التكوين الذي نراه اليوم. كانت التفاعلات المدارية ستدفع النجوم خارج الكتلة إلى التيار المدّي، ولكن فقط مع عدد أكبر بكثير من الثقوب السوداء مما تم التنبؤ به.

النجوم التي تهرب من المجموعة بكفاءة أكبر وبسهولة أكثر من الثقوب السوداء كانت ستؤثر على نسبة الثقوب السوداء، مما يزيدها بشكلٍ ملحوظ.

عدد الثقوب السوداء يزيد بنحو ثلاثة أضعاف عن المتوقع بناءً على عدد النجوم في العنقود، مما يعني أن أكثر من 20 في المئة من إجمالي كتلة العنقود تتكون من الثقوب السوداء، “كما قال جيلس.

“تشكلت كل منها بكتلة تبلغ حوالي 20 ضعف كتلة الشمس في انفجارات سوبرنوفا، عندما كان العنقود لا يزال شابًا جدًا.”.

أظهرت محاكاة الفريق أنه بعد حوالي مليار سنة، سيتحلل العنقود تمامًا. وقبل أن يحدث هذا مباشرًة، سوف يتكون ما تبقى من العنقود بالكامل من الثقوب السوداء التي تدور حول مركز المجرة. ويشير هذا إلى أن بالومار 5 ليست فريدة من نوعها، بعد كل شيء؛ ستتحلل تمامًا إلى تيار نجمي، تمامًا مثل الآخرين الذين تم اكتشافهم.

يشير ذلك أيضًا إلى أن الكتل الكروية الأخرى من المرجح أن تشارك نفس المصير في النهاية. كما يقدم تأكيدًا على أن الكتل الكروية قد تكون أماكن ممتازة للبحث عن الثقوب السوداء التي ستتصادم في المستقبل، بالإضافة إلى الفئة الغامضة من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة، التي تقع بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية الخفيفة والثقيلة العملاقة.

“يُعتقد أن نسبة كبيرة من اندماجات الثقوب السوداء الثنائية تتشكل في عناقيد النجوم”، قال عالم الفلك فابيو أنتونيني من جامعة كارديف في المملكة المتحدة.

“هناك مجهول كبير في هذا السيناريو وهو عدد الثقوب السوداء الموجودة في العناقيد، وهو أمر يصعب تحديده من الناحية الرصدية لأننا لا نستطيع رؤية الثقوب السوداء. طريقتنا تمنحنا وسيلة لمعرفة عدد الثقوب السوداء الموجودة في عنقود نجمي من خلال دراسة النجوم التي تطردها.”.