باستخدام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ومرصد شاندرا للأشعة السينية، قام علماء الفلك بالبحث عن الثقوب السوداء “المتجولة” التي تنجرف عبر المجرات القزمة. إن اكتشاف هذه الثقوب السوداء المارقة في مثل هذه المجرات الصغيرة يمكن أن يوفر “سجلًا أحفوريًا” يساعد في تفسير كيفية نمو الثقوب السوداء الهائلة إلى كتل ملايين أو حتى مليارات المرات من كتلة الشمس.
توجد الثقوب السوداء الهائلة في قلب جميع المجرات الكبيرة، وقد اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) بشكل متزايد هذه العمالقة الكونية الموجودة بالفعل عندما كان عمر الكون أقل من مليار سنة. وهذا يمثل مشكلة لأن عمليات الاندماج والتغذية التي يُعتقد أنها تفسر نمو الثقب الأسود الهائل يجب تستغرق أكثر من مليار سنة حتى تؤتي ثمارها. أحد التفسيرات المحتملة لذلك هو أن العملية التي تنتج ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة قد تبدأ بما يسمى “بذور الثقب الأسود” التي تعطي بداية لعمليات النمو هذه. وقد ثبت أن هذه البذور، المصنفة على أنها “ثقيلة” أو “خفيفة”، بعيدة المنال في المجرات في الكون المبكر.
في المجرات الضخمة، يمكن أن تكون الثقوب السوداء المركزية فائقة الكتلة هادئة، مثل الثقب الأسود الهائل في مجرة درب التبانة Sagittarius A* (Sgr A*)، أو يمكن أن تتغذى بنهم على الغاز والغبار المحيط بها، مما يخلق بيئة عنيفة ومضطربة يسميها علماء الفلك نواة المجرة النشطة (AGN). هذه النوى المجرية النشطة مشرقة، وتنبعث منها الضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي.
يشير الفريق الذي يقف وراء هذا التحقيق إلى أن الغالبية العظمى من الثقوب السوداء الموجودة في المجرات القزمة تتراكم (تكتسب المادة والكتلة) وتم تحديدها على أنها تسكن في النوى المجرية النشطة.
قالت قائدة الفريق ميجان آر شتورم من جامعة ولاية مونتانا لموقع Space.com: «بالمقارنة مع المجرات الأكثر ضخامة، يمكن أن تحتوي المجرات القزمة على كثافات نجمية مركزية أقل وآبار محتملة ذات أشكال غير منتظمة». “ونتيجة لذلك، إذا تشكل ثقب أسود في الأطراف الخارجية لمجرته المضيفة، فمن غير المرجح أن يتجه نحو المركز. وقد توقع بعض الباحثين أن ما يقرب من نصف جميع الثقوب السوداء في المجرات القزمة تتجول.
“إذا كان هذا هو الحال، فإن المسوحات الشاملة للسماء التي تشير إلى مراكز المجرات قد تفتقد ببساطة عددًا كبيرًا من المجرات القزمة التي تستضيف ثقوبًا سوداء ضخمة. وهذا له آثار مهمة على جزء الثقب الأسود في هذا النطاق الكتلي، وبالتالي تكوين الثقب الأسود من خلال البذر”.
رؤية النوى المجرية النشطة خارج المركز في ضوء مختلف
المشكلة في اكتشاف الثقوب السوداء المتجولة في هذه المجرات الصغيرة هي حقيقة أنه يجب تمييز هذه المجرات القزمة عن مصادر الإشعاع الأخرى، مثل مناطق تكوين النجوم المكثفة أو “الانفجارات النجمية”، وعن انفجارات المستعرات الأعظم. ويمكن القيام بذلك عن طريق فحص هذه المناطق في عدة أطوال موجية مختلفة للضوء.
وقال شتورم: “إن مراقبة الثقوب السوداء الضخمة في النظام القزم يمكن أن تكون عملية معقدة. وبما أن الحد الأقصى لإضاءة النوى المجرية النشطة يتناسب مع كتلتها، فإن النوى المجرية النشطة في المجرات القزمة تكون عمومًا باهتة من نظيراتها ذات الكتلة الأعلى”. “بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تفتقر النوى المجرية النشطة منخفضة السطوع/منخفضة الكتلة إلى منطقة خط عريض تقليدية أو أن يكون لها خطوط عريضة ضعيفة ويصعب اكتشافها. وهذا يجعلها أكثر صعوبة في رؤيتها وأسهل في الخلط بينها وبين الأجسام النجمية الأخرى أو العمليات المرتبطة بتكوين النجوم.”
استخدم هذا الفريق تشاندرا وهابل لدراسة 12 مجرة قزمة تم اكتشاف النوى المجرية النشطة فيها سابقًا في موجات الراديو. يبدو أن ثمانية من هذه النوى المجرية النشطة بعيدة عن مراكز المجرات القزمة المضيفة لها، أو “غير النووية”، مما يشير إلى أنها يمكن أن تؤوي ثقوبًا سوداء متجولة.
قال شتورم: “بشكل عام، توجد الثقوب السوداء فائقة الكتلة في نواة المجرات الضخمة. ومع ذلك، أظهرت ثماني من المجرات القزمة في عينتنا انبعاثًا راديويًا مدمجًا ينشأ من خارج النواة البصرية للمجرة، يقابله حوالي واحد إلى اثنين كيلو فرسخ فلكي (كيلو فرسخ فلكي يعادل حوالي 3262 سنة ضوئية) وفي بعض الحالات خارج المجرة المضيفة تمامًا”. “من المحتمل أن تكون هذه الثقوب السوداء مرشحة “متجولة”. في حين تمت ملاحظة مرشحي AGN المتجولين عند ترددات الراديو، فإن الحصول على ملاحظات شبيهة بـ AGN عند الأطوال الموجية البصرية أو الأشعة السينية سيؤكد وجود AGN.”
أوضحت شتورم أنها وزملاؤها تمكنوا من اكتشاف أحد هذه المصادر، والمعروف بـ ID 64، في الضوء البصري باستخدام هابل، وفي الأشعة السينية باستخدام تشاندرا. ومع ذلك، فقد كشف هذا أنه في الواقع مجرة نوى نشطة أبعد بكثير وتتوافق ببساطة مع هذه المجرة القزمة من وجهة نظرنا.
وتابعت: “لم تكتشف سبع مجرات في عينتنا نظيراتها البصرية/الأشعة السينية بشكل ملحوظ. ومع ذلك، يظل هناك احتمال أن تكون هذه الثقوب السوداء متجولة إما معزولة أو موجودة داخل مجموعات نجمية كروية أو نووية تقع تحت حدود اكتشاف هابل”. “ويظل أيضًا احتمال أن تكون هذه الأجسام متطفلة في الخلفية وذات انزياح أحمر عالٍ وتتداخل مع مجراتنا في السماء، كما هو الحال في ID 64.”
إن تحديد ما إذا كانت هذه المجرات السبع تستضيف بالفعل ثقوبًا سوداء متجولة أو ما إذا كانت هذه الإشارات الراديوية هي نتيجة لـ AGNs البعيدة يمكن أن يتطلب الاستعانة بـ JWST، وهو التلسكوب الفضائي الشقيق لـ Hubble الذي تبلغ تكلفته 10 مليارات دولار.
وقال شتورم: “قد يكون تحديد أصل المصادر الراديوية غير النووية للثقوب السوداء السبعة المتبقية ممكنًا بفضل القدرات الرائعة التي يتمتع بها تلسكوب جيمس ويب الفضائي”. “بدقة أعلى، يمكن لـ JWST أن يرصد مصدر الانبعاث الراديوي المدمج، سواء كان قلب مجرة قزمة/عنقود نجمي متقطع داخل المجرة المضيفة أو مجرة خلفية ذات انزياح أحمر عالي.”
يتم نشر نتائج الفريق في مجلة الفيزياء الفلكية.
التعليقات