فقط عدد قليل من الفراغات في الكون تقع على هذا القرب من كوكبنا، وفهمها يمكن أن يكون المفتاح لمستقبل علم الفلك.
على بعد حوالي 820 ألف سنة ضوئية من الأرض، هناك شيء غريب يجري على قدم وساق.
في هذه المنطقة – وهي قريبة جدًا من الناحية الكونية – يبدو أن مجرة قزمة صغيرة تسمى ليو الأول تحتوي على ثقب أسود ضخم للغاية ظل يحلق تحت الرادار لسنوات. هذا الفراغ شبه المخفي ضخم جدًا، وهو مسؤول عن كميات لا تصدق من الجاذبية ويفتخر بكتلة تعادل 3 ملايين مرة كتلة الشمس، لدرجة أنك لا تتوقع أبدًا أن يعيش في مثل هذا العالم الصغير.
يُطلق على الثقب الأسود الهائل اسم Leo I* – ووفقًا لورقة بحثية نُشرت يوم الاثنين في The Astrophysical Journal Letters، يخطط عالمان لخطة لمعرفة كيف نشأت هذه الهوة الكبيرة بشكل غير طبيعي والتي يصعب اكتشافها.
في دراستهم، يصف عالما الفيزياء الفلكية فابيو باكوتشي وآفي لوب من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية طريقة رائعة لتحليل برج الأسد الأول* حتى نتمكن من تشريح بعض خلفيته الدرامية. في الأساس، يعتقدون أنه من الممكن فهم طبيعة Leo I* من خلال دراسة الفضاء المحيط بهذا الثقب الأسود حيث يبدو أن الكثير من النجوم القديمة تتواجد ومن المحتمل أن تقع في قبضة جاذبية الوحش الرائع.
وقال باكوتشي في بيان “النجوم القديمة تصبح كبيرة جدا وحمراء – نطلق عليها اسم النجوم العملاقة الحمراء”. “عادةً ما تمتلك العمالقة الحمراء رياحًا قوية تحمل جزءًا من كتلتها إلى البيئة. ويبدو أن الفضاء المحيط بـ Leo I* يحتوي على ما يكفي من هذه النجوم القديمة لجعلها قابلة للرصد.”
وقال لوب في بيان “مراقبة ليو الأول* يمكن أن تكون رائدة”.
وذلك لأنه، بعيدًا عن موقعه الغامض في المجرة Leo I، يعد Leo I* أيضًا ثاني أقرب ثقب أسود فائق الكتلة إلى الأرض. أقربها يقع في قلب مجرتنا درب التبانة ويسمى القوس A*. (هذا هو الفراغ الذي صوره العلماء العام الماضي في حدث مذهل للغاية لعلم الفلك).
مجموعات الثقب الأسود
أنشأت مؤسسة Event Horizon Telescope Collaboration صورة واحدة (الإطار العلوي) للثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا، والذي يسمى Sagittarius A، أو Sgr A باختصار، من خلال الجمع بين الصور المستخرجة من عمليات رصد EHT.
تعاون EHT
ومن الغريب أيضًا أن لدى Leo I* كتلة مماثلة لكتلة Sgr A* على الرغم من أنه يعيش في مجرة صغيرة بشكل غير متناسب – أقل كتلة بألف مرة من مسكن Sgr A*.
وقال لوب: “هذه الحقيقة تتحدى كل ما نعرفه عن كيفية تطور المجرات وثقوبها السوداء المركزية فائقة الكتلة”.
الهيكل العظمي للثقب الأسود
مع هذه القائمة الرائعة من السمات، قد تتساءل، لماذا لم يرصد العلماء الأسد الأول* بشكل مباشر من قبل؟
حسنًا، هناك نوع من التحذير بشأن هذا الثقب الأسود الذي يجعل من الصعب جدًا التقاطه. قبل أن نتناول ذلك، إليك مقدمة سريعة عن تشريح الثقب الأسود.
هناك ثلاثة مكونات رئيسية يجب مراعاتها عند التفكير في الثقوب السوداء: التفرد، وأفق الحدث، والقرص التراكمي.
بكل بساطة، الثقوب السوداء عبارة عن مناطق كثيفة بشكل غير عادي من المادة تقع في نسيج المكان والزمان والتي تظهر على حد سواء قوى جذب قوية بشكل غير عادي. يمكن لواحد فقط من هؤلاء العمالقة أن يأخذ مجموعة من النجوم والكواكب والغبار المحمول في الفضاء والأقمار – أي شيء يمكنك التفكير فيه، بما في ذلك الضوء – ويجمعهم جميعًا في نقطة واحدة. تلك النقطة هي نقطة التفرد، وتقع في مركز الثقب الأسود.
بعد ذلك، لدينا أفق الحدث.
يشير أفق الحدث إلى المنطقة المحيطة بمتفرد الثقب الأسود والتي يمكنك اعتبارها سياجًا لا يمكن للضوء الهروب من خلفه. يقع أفق الحدث دائمًا على مسافة محددة من هذه النقطة، تسمى نصف قطر شفارتزشيلد.
وأخيرًا، هناك قرص التراكم.
إن القرص المتراكم هو حرفيًا هيكل يشبه القرص يقع بعيدًا عن التفرد أكثر من أفق الحدث، ولكنه قريب بما يكفي لتجربة قوة الجاذبية للوحش. يشبه هذا الشيء خندقًا دوارًا من الغبار والغاز والمواد الكونية المهجورة الأخرى التي تم الاستيلاء عليها بواسطة خنق الثقب الأسود.
ولكن الأهم من ذلك هو أن القرص التراكمي هو مفتاح أساسي في تحليل الثقب الأسود الأعمق والأكثر ظلمة والفائق الكتلة في كوننا في المقام الأول.
تشريح الثقب الأسود
رسم توضيحي لتشريح الثقب الأسود.
وقال باكوتشي: “الثقوب السوداء هي كائنات مراوغة للغاية، وفي بعض الأحيان تستمتع بلعب الغميضة معنا”. “لا يمكن لأشعة الضوء الهروب من آفاق الحدث الخاصة بها، لكن البيئة المحيطة بها يمكن أن تكون مشرقة للغاية – إذا سقطت كمية كافية من المواد في بئر جاذبيتها.”
بمعنى آخر، يمكن تتبع الثقوب السوداء التي تعمل على تراكم الغبار والغاز بسهولة أكبر.
في الواقع، التحديق في أقراص التراكم وحدود أفق الحدث لكل من SgrA* وM87* هو الطريقة التي أنشأ بها العلماء أول صور لفراغ الدونات الناري في العالم.
مع. ولكن كما كنت قد خمنت الآن، فإن Leo I* ليس واحدًا من تلك الفراغات المنفتحة التي يمكن ملاحظتها بسهولة.
وكما يقول باكوتشي، إذا كان الثقب الأسود لا يتراكم كتلته، فإنه بدلاً من ذلك لا يصدر أي ضوء ويصبح من المستحيل العثور عليه باستخدام التلسكوبات لدينا.
ومع ذلك، إذا كان علماء الفيزياء الفلكية على حق في أن العمالقة الحمراء حول برج الأسد الأول* تطلق ما يكفي من المواد ليتم احتجازها في القرص التراكمي للفراغ، فربما يكون هناك بعض الأمل.
وقال باكوتشي: “في دراستنا، اقترحنا أن كمية صغيرة من الكتلة المفقودة من النجوم التي تتجول حول الثقب الأسود يمكن أن توفر معدل التراكم اللازم لمراقبتها”. “يلعب Leo I* لعبة الغميضة، ولكنه ينبعث منه الكثير من الإشعاع بحيث لا يمكن اكتشافه لفترة طويلة.”
يلفت الباحثون الانتباه أيضًا إلى كيفية إثبات وجود Leo I* في المقام الأول، ليس من خلال مراقبة قرص التراكم الخاص به، بل النجوم القريبة التي تتسارع بسبب الجاذبية الشديدة للثقب الأسود.
وعلى الرغم من أن باكوتشي ولوب لا يعتقدان أننا سنحصل على صورة تحبس الأنفاس لـ Leo I* مثلما حصلنا على SgrA* وM87*، فقد حجز الفريق بالفعل بعض الوقت في كل من مرصد شاندرا للأشعة السينية ومرصد شاندرا للأشعة السينية. تلسكوب راديوي كبير في نيو مكسيكو لمتابعة فكرتهم.
وقال لوب: “هذا أمر مثير، لأن العلم عادة ما يتقدم أكثر عندما يحدث ما هو غير متوقع”.
ففي النهاية، قبل أن نحصل على صورة للقوس A*، كان من المستحيل تقريبًا رصد موقعه الصارخ في قلب مجرتنا درب التبانة.
ثم، رغم كل الصعاب، لاحظنا ذلك، وتغير علم الفلك إلى الأبد.
