يمكن أن يصبح ثقبان أسودان هائلان في دوامة الموت المذهلة مرئيين قريبًا لعلماء الفلك بعد أن اكتشف الباحثون كيف يمكن لهذه الكائنات العملاقة المظلمة الضخمة، أثناء دورانها حول بعضها البعض، أن تلتقط النجوم خلفها من خلال الجاذبية.
إلى حد كبير كل كبيرة galaxy يستضيف أ ثقب أسود هائل، تتراوح كتلتها من ملايين المرات كتلتنا شمس (على سبيل المثال الثقب الأسود في لدينا مجرة درب التبانة, القوس أ*) إلى المليارات الكتل الشمسية. في العادة، تحتوي المجرات على ثقب أسود واحد فائق الكتلة في قلوبها، ولكن عندما تندمج مجرتان، يمكن أن يسقط ثقباهما الأسودان باتجاه بعضهما البعض، وفي النهاية يدخلان في مدار بعضهما البعض، وبعد فترة طويلة من حدوث ذلك، يندمجان في انفجار من النجوم. موجات الجاذبية.
حتى الآن، فإن الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة الوحيدة التي حددها علماء الفلك مفصولة على نطاق واسع بمئات أو آلاف سنة ضوئية. بالنسبة للمستقبل، خططت وكالة الفضاء الأوروبية لإنشاء كاشف لموجات الجاذبية في الفضاء يسمى LISA، وهو هوائي مقياس تداخل الليزر الفضائي، لاكتشاف موجات الجاذبية منخفضة التردد المنبعثة من دمج ثنائيات الثقوب السوداء فائقة الكتلة. واقترح العلماء الصينيون أيضًا مهمة مماثلة تسمى TianQin. ولكن لم تكن هناك طريقة أخرى معروفة لاكتشاف مثل هذه الثنائيات، ربما حتى الآن.
وقال بنس كوكسيس من جامعة أكسفورد في بحثه: “إن احتمال التعرف على ثنائيات الثقوب السوداء الهائلة المتصاعدة قبل سنوات من ظهور أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية الفضائية في المستقبل أمر مثير للغاية”. إفادة. “إنه يفتح الباب أمام دراسات حقيقية متعددة الرسل حول الثقوب السوداء، مما يسمح لنا باختبارها جاذبية وفيزياء الثقب الأسود بطرق جديدة تمامًا.”
Kocsis هو جزء من فريق من علماء الفلك من أكسفورد ومعهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية في ألمانيا الذين أظهروا كيف يمكن لعدسة الجاذبية بواسطة الثقوب السوداء الثنائية أن تكشف عن وجودها في المجرات البعيدة.
عدسة الجاذبية هي ظاهرة ناجمة عن انحناء الأجسام الضخمة للنسيج الزمكاني حولها بسبب تأثير سحب جاذبيتها، مما يغير مسار الضوء المتحرك على طول هذا النسيج الملتوي بحيث تظهر كائنات الخلفية مكبرة، أو حتى في بعض الأحيان مقسمة إلى صور متعددة.
عندما يكون هناك ثقب أسود واحد فقط، يجب أن يكون هناك نجم في الخلفية محاذيًا تمامًا له حتى يتم عدسةيته. ومع ذلك، بالنسبة للثقب الأسود الثنائي، يتغير الوضع.
وقال كوكسيس: “إن فرص تضخيم ضوء النجوم بشكل كبير تزداد بشكل كبير بالنسبة للثنائي مقارنة بثقب أسود واحد”.
يعمل الثقب الأسود الثنائي كزوج من العدسات الدوارة، حيث يدور الثقبان الأسودان حول مركز كتلتهما المشترك. وينتج عن ذلك منطقة على شكل ماسة من أحداث عدسة شبه دورية تسمى “المنحنى الكاوي”، وعلى طول هذا المنحنى، يتم تضخيم شدة العدسة.
والنتيجة هي أن نجوم الخلفية المحاذية للمنحنى الكاوي سوف تظهر بشكل دوري وهي تومض، حيث يتم تضخيم ضوءها على فترات زمنية لعدة سنوات تتوافق مع الفترة المدارية للثقوب السوداء. من المحتمل أننا لن نرى النجم في أوقات أخرى، حيث أن المجرات البعيدة جدًا تستضيف ثقوبًا سوداء ثنائية فائقة الكتلة.
وقال هانكسي وانغ، دكتوراه: “مع تحرك الثنائي، يدور المنحنى الكاوي ويتغير شكله، ويكتسح حجمًا كبيرًا من النجوم خلفه”. طالب في جامعة أكسفورد، في البيان. “إذا كان هناك نجم لامع يقع داخل هذه المنطقة، فإنه يمكن أن ينتج وميضًا ساطعًا بشكل غير عادي في كل مرة تمر فيها المادة الكاوية. وهذا يؤدي إلى تكرار رشقات ضوء النجوم، والتي توفر توقيعًا واضحًا ومميزًا لثنائي ثقب أسود فائق الكتلة.”
إلا أن هذا الوضع لا يبقى على حاله إلى الأبد، لأن مدارات الثقوب السوداء تتقلص.
تفقد الثقوب السوداء الطاقة المدارية لبعضها البعض، وتنتقل هذه الطاقة بعيدًا على شكل موجات جاذبية. ومع اقترابها من بعضها البعض، تبدأ الثقوب السوداء في الدوران بشكل أسرع فأسرع. يستغرق الأمر ملايين السنين حتى يفقد ثقبان أسودان ما يكفي من الطاقة المدارية حتى يندمجا، لكن هذا القصور في مداراتهما يمكن أن يصبح واضحًا في التغيرات في المنحنى الكاوي. من شأن هذه التغييرات أن تعدل تعديل تردد أحداث العدسات وذروة سطوعها. يمكن أيضًا تشفير كتلة الثقبين الأسودين في المنحنى الكاوي.
قد يستغرق تعديل التردد وذروة سطوع أحداث العدسات آلاف أو ملايين السنين حتى يصبح ملحوظًا. في أحسن الأحوال، لا يستطيع علماء الفلك سوى التقاط لقطة لأي نظام ثنائي من الثقوب السوداء فائقة الكتلة. ومع ذلك، لاحظ ما يكفي من الأنظمة المماثلة في مراحل مختلفة من تطورها المداري ويمكن تجميع اللقطات معًا لتحكي قصة أكبر.
ولحسن الحظ، فإن المسوحات التفصيلية المقبلة للسماء ليلا من قبل مرصد فيرا سي روبن في تشيلي و تلسكوب نانسي جريس الفضائي الروماني من المقرر إطلاقه في عام 2027، ويجب أن يكون قويًا بما يكفي لاكتشاف العديد من أحداث التعديس الصادرة عن الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة في المجرات البعيدة. وبعد ذلك، عندما يصبح جاهزًا للعمل، ونأمل في وقت ما في ثلاثينيات القرن الحادي والعشرين، يمكن ليزا أن تتعاون مع تلسكوبات المسح لإجراء إحصاء تفصيلي متعدد الرسل (الموجات الكهرومغناطيسية وموجات الجاذبية) للثقوب السوداء في الكون التي تتصاعد إلى اندماج لا مفر منه.
تم نشر البحث في 12 فبراير في المجلة رسائل المراجعة البدنية.
التعليقات