ثقب أسود ذو كتلة نجمية يسجل رقما قياسيا مداريا

لاحظ علماء الفلك في القرن الماضي أن العناقيد الكروية غنية بشكل خاص بالنجوم النيوترونية. يتشكل النجم النيوتروني بعد انفجار سوبر نوفا لنجم ضخم. في بعض الأحيان، يؤدي الانفجار إلى تدمير النجم تمامًا، ولكن في أغلب الأحيان تطير الطبقات الخارجية فقط إلى الفضاء، ويتعرض اللب المتبقي لانهيار الجاذبية. وإذا كانت كتلة البقايا أقل من ثلاث كتل شمسية، فإن النتيجة هي نجم نيوتروني؛ وإذا كان أكثر من ذلك، فهو ثقب أسود ذو كتلة نجمية. وهذا يعني أنه في العناقيد الكروية، بالإضافة إلى النجوم النيوترونية، يجب أن يكون هناك العديد من الثقوب السوداء. أين هم؟ لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن الثقوب السوداء ببساطة “تطير” خارج مجموعاتها بعد وقت قصير من تشكلها بسبب التفاعلات مع الأجسام الأخرى. في القرن الحادي والعشرين، ومع ظهور الحسابات الجديدة وبيانات الرصد، أصبحت العيوب في مثل هذا السيناريو واضحة. اتضح أن الثقوب السوداء ليست على استعداد “للانفصال” عن النجوم المجاورة لها، وفي بعض العناقيد يجب أن يكون هناك مجموعات كاملة من هذه الأشياء. زادت الثقة في هذا فقط مع ولادة علم فلك موجات الجاذبية. أظهرت الملاحظات أن اندماجات الثقوب السوداء تحدث بشكل متكرر، ومن المحتمل أن تكون العديد من هذه الأزواج قد تشكلت في مجموعات نجمية. اليوم، علماء الفلك واثقون من أن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية تلعب دورًا مركزيًا (بكل معنى الكلمة) في تطور العناقيد الكروية. ولذلك، فإن العناقيد ذات النوى الكبيرة يجب أن تحتوي أيضًا على عدد كبير من الثقوب السوداء الباقية. ولتقدير عددها وخصائصها، يبقى فقط العثور عليها، وهذه ليست مهمة سهلة.

حتى الآن، تم التأكد من وجود ثقبين أسودين فقط ذو كتلة نجمية في العناقيد الكروية لمجرة درب التبانة باستخدام طرق ديناميكية (اعتمادًا على تأثير جاذبيتهما). يقع كلاهما في العنقود NGC 3201 ويدور حول نجم بفترات مدارية تبلغ 2.2 يومًا و167 يومًا. والآن وجد العلماء جسمًا رائعًا آخر. اكتشف علماء الفلك في عنقود أوميغا سنتوري زوجًا من النجوم وثقبًا أسودًا ذا كتلة نجمية. أوميغا قنطورس هو أكبر تجمع كروي في مجرتنا، ويتكون من 10 مليون نجم. يقدر العلماء أنه يجب أن يكون هناك ما يقرب من 10 آلاف ثقب أسود ذات كتلة نجمية خلفتها المستعرات الأعظم. وأخيرا وجدنا واحد منهم. ونشرت نتائج البحث في مجلة The Astronomical Journal Letters. تم “التقاط” الجسم من خلال “تذبذب” النجم بسبب تفاعل الجاذبية مع جاره. وفي السابق، اقترحت مجموعة أخرى من العلماء وجود نجم نيوتروني قريب. ولاختبار ذلك، قام مؤلفو العمل الجديد بفرز أكثر من 20 عامًا من الملاحظات الأرشيفية من تلسكوب هابل الفضائي. ثم تم تنقيح حسابات التذبذب باستخدام أحدث البيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي. لذلك حدد الباحثون كتلة الجسم “غير المرئي” بـ 4.46 كتلة شمسية. لا يمكن أن يكون إلا ثقبًا أسودًا. موقع الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية oMEGACat BH-2 بالنسبة إلى المركز (الصليب الأصفر) للعنقود الكروي أوميغا قنطورس. على اليمين منظر قريب للنجم المرافق للثقب الأسود / © ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA) تم تسمية الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية باسم oMEGACat BH-2. وتقع على بعد حوالي 18 ألف سنة ضوئية من الأرض. رفيقه نجم قديم تبلغ كتلته حوالي 0.78 كتلة شمسية. تدور حول مركز مشترك للكتلة، وتقوم بدورة كاملة خلال 94 سنة أرضية. وهذا سجل بين الأزواج المعروفة التي تحتوي على ثقب أسود ذو كتلة نجمية. وتعني الفترة المدارية الطويلة أن الجسمين لم يتشكلا معًا، بل التقيا عندما أصبحا بالغين. ووفقا لحسابات مؤلفي الدراسة، فإن مثل هذا النظام لا يمكن أن يستمر لأكثر من مليار سنة. سوف يتباعد الثقب الأسود والنجم في اتجاهات مختلفة بسبب التفاعل مع الأجسام الأخرى. وسيواصل العلماء البحث عن ثقوب سوداء أخرى ذات كتلة نجمية في أوميغا سنتوري وغيرها من العناقيد الكروية المماثلة.

ومما يثير الاهتمام بشكل خاص الكتلة الصغيرة جدًا لـ oMEGACat BH-2. وقد تفاجأ الباحثون بأن نجمًا قديمًا ذو معدنية منخفضة يمكن أن يولد مثل هذا الثقب الأسود منخفض الكتلة. نأمل أن يساعد إجراء المزيد من الأبحاث في العثور على تفسير.