اكتشف علماء الفلك أن التوهج البصري غير المعتاد هو نتيجة لتمزق نجم وابتلاعه من قبل ثقب أسود – وما يميز ما يسمى بحدث اضطراب المد والجزر (TDE) هو حقيقة أن الثقب الأسود المعني يبدو مثالًا على “ثقب أسود متوسط الكتلة” بعيد المنال، وهي فئة من هذا الجسم التي تحدت علماء الفلك لعقود من الزمن.
تحدث TDEs عمومًا عندما تغامر النجوم بالقرب من النجم الثقوب السوداء الهائلة التي تتوضع في قلب المجرات الكبيرة، مما يؤدي إلى حدوث ما هو هائل جاذبية من هؤلاء العمالقة الكونيين يسحقون الجسم النجمي أفقيًا بينما يمدونه عموديًا في نفس الوقت. هذا “المعكرونة” يخلق التفاف المعكرونة النجمية حول الثقب الأسود. يتم تغذية بعض البقايا إلى الثقب الأسود المركزي، في حين يتم إطلاق جزء كبير منها بعيدًا بسرعات قريبة من الضوء على شكل نفاثات عالية الطاقة. يمكن أن تستغرق هذه الأحداث مئات الأيام أو حتى سنوات حتى تتلاشى.
قالت كريستين ديج، قائدة الفريق من جامعة كيرتن بأستراليا، لموقع Space.com: “يتمتع AT2022zod بخصائص TDE، وهو توهج نلاحظه عندما يتمزق النجم عن طريق التفاعل مع ثقب أسود. هذه الأحداث، بشكل عام، ليست شائعة، ولكن بما أننا نتوقع وجود ثقب أسود هائل في مركز كل مجرة تقريبًا، فمن المتوقع أن يتم ملاحظة TDEs في مركز المجرة المضيفة لها”. “ومع ذلك، فإن AT2022zod بعيد قليلاً عن الطاقة النووية، وقصير جدًا مقارنةً بـ TDEs التي تم رصدها سابقًا، في حين أنه لا يزال نشطًا للغاية.”
عند رصدها على مسافات كبيرة كهذه، تستمر TDEs عمومًا لمئات الأيام، مما يجعل مدة AT2022zod التي تمتد لمدة شهر من 13 أكتوبر إلى 18 نوفمبر غير عادية إلى حد كبير. وتابع ديج: “إن الجمع بين استضافة مجرة إهليلجية، والتي تشتهر بأنها موطن لعدد كبير من مجموعات النجوم، في حين أنها غير نووية وقصيرة المدة، جعلنا مفتونين بأن هذه قد تكون واحدة من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة بعيدة المنال والتي قد تكون موجودة خارج مركز المجرة، والأهم من ذلك، فتح طريق جديد للبحث عنها ودراستها”.
يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة تمتلك كتلًا بملايين أو مليارات المرات من كتلة الكون شمسبينما يعتقد أن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي تتشكل من النجوم الضخمة المحتضرة، لها كتل تتراوح بين ثلاث إلى عدة مئات من أضعاف كتلة الشمس. وهذا يترك نطاقًا ضخمًا من الكتلة بين هذين النوعين من الثقوب السوداء، حيث يُعتقد أن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة التي يُطلق عليها اسم مناسب تقع فيها.
نظرًا لأنه يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تنمو عبر سلاسل الاندماج بين الثقوب السوداء المتزايدة الكتلة، فمن المعقول افتراض أن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة تلعب دورًا رئيسيًا في عملية النمو هذه. وهذا يعني أن الثقوب السوداء في نطاق الكتلة هذا يجب أن تكون موجودة في كل مكان إلى حد ما في الكون، ومع ذلك واجه علماء الفلك وقتًا عصيبًا للغاية في اكتشافها.
قال ديج: “أعتقد أنه من الصعب حقًا المبالغة في تقدير مدى سوءنا في العثور على ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. نحن ممتازون في العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة، وبفضل كاشفات موجات الجاذبية LIGO-Virgo-Kagra، نحن نتحسن في العثور على ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية، لكن يمكنني الاعتماد على عدد من المرشحين للثقوب السوداء متوسطة الكتلة الذين توصلوا إلى نوع من الإجماع داخل المجتمع الفلكي”. “حتى هذه اللحظة، من المعروف أن TDEs الصادرة عن الثقوب السوداء المتوسطة موجودة، ولكن من الصعب جدًا مراقبتها. وهي في معظم الأوقات تطغى عليها أنشطة أخرى داخل المنطقة المركزية للمجرة.”
يمكن لعلماء الفلك التمييز بين TDEs التي تسببها الثقوب السوداء المتوسطة وتلك التي تتولد عندما تمزق الثقوب السوداء فائقة الكتلة النجوم بسبب موقع حدوثها ومدة هذه الأحداث.
قال ديج: “من خلال فهمنا الحالي لسلوك TDE، نعلم أن مدة الحدث تقاس بكتلة الثقب الأسود، لذا مع تساوي جميع الأشياء الأخرى، يشير النطاق الزمني الأقصر إلى ثقوب سوداء ذات كتلة أقل”. “ما أقنعني بكون AT2022zod مميزًا هو عندما قارنته مع TDEs أخرى على مسافات مماثلة أو مع مجرات مضيفة مماثلة، ولم يتناسب مع نفس السلوك.”
يمكن أن يكشف اكتشاف TDE خارج المركز أيضًا المزيد عن البيئة التي يشغلها هذا الثقب الأسود متوسط الكتلة. على سبيل المثال، من الواضح جدًا أن TDEs من المرجح أن تحدث في المناطق التي تتجمع فيها النجوم بكثافة معًا. قال ديج: “إذا لم تكن في نوع من العنقود النجمي، عمومًا العنقود النجمي النووي المركزي للمجرة المضيفة، فلن يكون لديك TDE، لأن احتمالات وجود نجم معين بالقرب من الثقب الأسود منخفضة للغاية”. توجد هذه الكثافة النجمية في قلب المجرات، ولكن هناك أيضًا مناطق غير مركزية من المجرات تتكدس فيها النجوم معًا بإحكام.
فشل الثقوب السوداء الهائلة؟
ويفترض الفريق أن هذا TDE حدث في كتلة كروية أو مجرة قزمة فائقة الصغر (UCD) داخل SDSS J105602.80+561214.7 نفسها. كل من العناقيد الكروية وUCDs عبارة عن تكتلات كثيفة من النجوم القديمة تصل إلى نهاية حياتها.
وقال ديج: “هذه الأنظمة هي في الأساس مصانع للثقوب السوداء، وتوفر أنظمتها المزدحمة والديناميكية فرصًا للثقوب السوداء للاندماج والنمو في نطاق الكتلة المتوسطة، خاصة من خلال الاصطدامات النجمية الجامحة”. “عندما تجمع هذا مع الأدلة الرصدية للدراسات الحركية للثقوب السوداء في UCDs، فإنها تجعلها بيئات مقنعة للغاية لاستضافة ثقوب سوداء متوسطة الكتلة!”
أصول UCDs يكتنفها الغموض حاليًا. يمكن أن تنشأ هذه المناطق النجمية الكثيفة عند اصطدام مجموعتين كرويتين معًا أو اندماجهما، أو قد تكون UCDs قزمة المجرات التي تم تجريدها من نجومها الخارجية، وتركتها كنواة مجرة مدمجة وكثيفة.
وأوضح ديج: “هذان السيناريوهان المختلفان للتكوين لهما آثار مختلفة جدًا على تطور الثقب الأسود. إذا تم تجريدهما من النوى، فإنهما ثقبان أسودان “فاشلان” هائلان، مع مسار تكوين مماثل للثقوب السوداء فائقة الكتلة والمجرات الكبيرة”. “إذا كانت مجرد مجموعات كروية كبيرة، فقد تكون الأمور مختلفة تمامًا، وتلعب الديناميكيات دورًا حيويًا في تكوين الثقوب السوداء وتطورها”.
وقال داجي إن العلماء يعرفون أن المجرات الإهليلجية تستضيف كلاً من الأنظمة النجمية العنقودية الكروية وأنظمة UCDs، ولكن في هذه الحالة، المجرة المضيفة بعيدة جدًا بحيث لا يتمكن الفريق من فهم طبيعة البيئة الفعلية لـ AT2022zod. وقال ديج: “نحن نعلم أنه موجود في نوع من العنقود النجمي”. “أنا شخصياً سأحب لو كان ذلك في عنقود كروي، ولكن مما نعرفه عن المزيد من الأنظمة القريبة، فإن UCD يبدو منطقيًا جدًا كمضيف في الكون القريب.”
وأضافت أن العديد من الدراسات الفيزيائية للـ UCDs تظهر أنها تستضيف ثقوبًا سوداء في نطاق الكتلة المقدر بـ AT2022zod. يتضمن ذلك نظامًا في مجرة درب التبانة يسمى أوميغا سنتوري، على الرغم من أن ديج أشار إلى أنه لا يزال هناك بعض الجدل حول ما إذا كان هذا العنقود النجمي المكتظ في مجرتنا هو عنقود نجمي مكتظ أو كروي.
في حين أن بيئة TDE AT2022zod قد تظل لغزًا في المستقبل المنظور، فإن بحث الفريق يمكن أن يوفر خريطة طريق تشتد الحاجة إليها لاكتشاف الثقوب السوداء المتوسطة، والتي ستصبح ذات أهمية خاصة عندما مرصد فيرا سي روبن تبدأ في إجراء مسح تراث المكان والزمان (LSST) لمدة عقد من الزمن.
واختتم ديج حديثه قائلاً: “يستعد روبن لإحداث مثل هذا التأثير الضخم، حيث سيوفر تغطية بصرية حساسة بشكل لا يصدق لمدة 10 سنوات لملايين العناقيد النجمية في نطاق 330 مليون سنة ضوئية، ويجب أن يكون حساسًا لمجموعات TDEs التي تستضيفها البيئات النجمية الكثيفة”. “نحتاج فقط إلى التأكد من أننا نبحث في الأماكن الصحيحة، ويمكننا إجراء متابعة سريعة لفهم الفيزياء والنظام المضيف بشكل أفضل، ولنكون قادرين على تفسير ما نراه”.
نتائج الفريق متاحة على موقع مستودع الورق arXiv.
التعليقات