هل رأى علماء الفلك نجمًا يومض ليتحول إلى ثقب أسود؟

شاهد العلماء شيئا مذهلا يتكشف في مجرة ​​المرأة المسلسلة، مجرتنا الحلزونية المجاورة، والتي تقع على بعد حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية من الأرض. الجزء المذهل هو في الواقع ما هم عليه لم يفعل ذلك انظر: بدلًا من الانفجار على شكل مستعر أعظم ساطع، يبدو أن نجمًا ضخمًا قد اختفى ببساطة.

هذه الحالة من “الآن تراه، والآن لا تراه” ليست خدعة سحرية كونية؛ يبدو أنه يولد ثقبًا أسود، أمام أعيننا البعيدة مباشرةً. قد تمثل هذه الملاحظة مستعرًا أعظم فاشلًا، وهو اكتشاف مطلوب بشدة بسبب حقيقة محرجة إلى حد ما: على الرغم من النهضة المستمرة في دراسات الثقوب السوداء التي أحدثت ثورة في فهمنا لهذه الأشياء الغامضة، حتى الآن، لا أحد يعرف حقًا كيف تتشكل.

ويأمل العلماء أن يؤدي التقاط ثقب أسود فور خروجه من نجم يحتضر إلى تغيير ذلك.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

يعرف علماء الفلك أن النجوم التي تبلغ كتلتها حوالي ثماني كتل شمسية أو أكثر تنهار في نهاية المطاف تحت ثقلها عندما ينفد الوقود النووي الحراري في قلبها. تتساقط الطبقات الفوقية إلى الداخل، وتضغط النواة إلى كرة من النيوترونات بحجم مدينة – نجم نيوتروني – وترتد إلى الخارج من القلب في موجات صدمية تهز النجوم. ينفجر النجم على شكل مستعر أعظم عندما تصل موجات الصدمة إلى السطح، تاركة وراءها النجم النيوتروني العاري.

ولكن لأسباب لا تزال غامضة، داخل النجوم الأكثر ضخامة، تتلاشى أحيانًا موجة الصدمة الطامسة، مما يؤدي إلى إحباط المستعر الأعظم. يظل النجم سليمًا على ما يبدو، إلى أن يتسبب انفجاره الداخلي الذي لا يمكن إيقافه في خلق ثقب أسود في مكانه، محكوم عليه بالجاذبية.

لن تكون نجمة المرأة المسلسلة المختفية هي المرة الأولى التي يعلن فيها علماء الفلك عن رؤية ثقب أسود يولد بدون مستعر أعظم، لكنه سيكون أقرب وأفضل مرشح على الإطلاق.

“لقد شعرت بالقشعريرة عندما رأيتها تختفي في الظلام.” – كيشالاي دي، عالم فيزياء فلكية

على الأقل، هذا هو الاستنتاج الذي توصلت إليه دراسة قادها عالم الفيزياء الفلكية كيشالاي دي من جامعة كولومبيا ونشرت اليوم في مجلة علوم. في عام 2022، بدأ دي وزملاؤه البحث عن المستعرات الأعظم الفاشلة بين المجرات القريبة باستخدام البيانات الأرشيفية من مهمة مستكشف مسح الأجسام القريبة من الأرض بالأشعة تحت الحمراء (NEOWISE) التابعة لناسا، وهو تلسكوب فضائي يعمل بالأشعة تحت الحمراء رسم خريطة للسماء من عام 2009 إلى عام 2024. وفي خريف عام 2023، وجد دي ما كان يبحث عنه، في مجرة أندروميدا (المعروفة أيضًا باسم ميسييه 31، أو ميسييه 31). M31): نجم أصفر عملاق أثقل من شمسنا بحوالي اثنتي عشرة مرة، وقد سطع ابتداءً من عام 2014 قبل أن يتلاشى، ويختفي تمامًا عن رؤية NEOWISE بحلول عام 2022. وقد أطلق الفريق على النجم اسم M31-2014-DS1.

يتذكر دي قائلاً: “لقد شعرت بالقشعريرة عندما رأيتها تختفي في الظلام”.

قدر علماء الفلك احتمالية حدوث مستعر أعظم فاشل في أي مجرة ​​حلزونية كبيرة مرة واحدة كل قرن تقريبًا، لذا فإن اكتشاف واحد في جارتنا المجاورة لمجرة درب التبانة كان أمرًا رائعًا لدرجة يصعب تصديقها. ونظرًا لأن أندروميدا هدف فلكي مشهور، فقد تمكن فريق دي من البحث في الأرشيفات من مجموعة من التلسكوبات العالمية الأخرى لتأكيد التحول الغريب للنجم في الأشعة تحت الحمراء والبصرية والأشعة فوق البنفسجية. والأمر الأكثر غرابة هو أنه بدلًا من رؤية تدفق إشعاع عالي الطاقة من ثقب أسود حديث الولادة يتغذى على بقايا نجمية، كشفت بيانات تلسكوب هابل الفضائي من عام 2022، بالإضافة إلى عمليات الرصد الأرضية اللاحقة التي تم إجراؤها في عام 2023، عن فقاعة خافتة حمراء في المكان الذي تألق فيه النجم ذات يوم.

يقول دي إن تلك الفقاعة كانت على الأرجح هي الطبقات الخارجية للنجم المحتضر والمقيدة بشكل ضعيف والتي تنفجر بعيدًا أثناء انهيارها. ومن المحتمل أن جزءًا صغيرًا من تلك المادة قد سقط مرة أخرى، واشتعلت فيه الأشعة السينية أثناء تدفقه إلى داخل الثقب الأسود؛ كان من الممكن أن يشكل الباقي غلافًا متوسعًا ومبردًا من الغبار الممتص للضوء، متوهجًا بشكل خافت من الألعاب النارية المخفية التي اندلعت بشكل أعمق في الداخل. يقول دي: “كان هذا التنبؤ موجودًا منذ 50 عامًا”، وهو مدعوم بملاحظات جديدة بواسطة تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ومرصد تشاندرا للأشعة السينية الذي حصل عليه هو وزملاؤه في عام 2024. يقول دي: “عندما تنظر إلى بيانات تلسكوب جيمس ويب الفضائي، تجدها كلها مناسبة تمامًا”. (ومع ذلك، فقد وصلت هذه الملاحظات بعد فوات الأوان لإدراجها في أبحاث الباحثين). علوم الورق ولم تتم مراجعته بعد.)

بعد النمذجة الحسابية المكثفة لزوال النجم، خلص دي وزملاؤه إلى أن المستعر الأعظم الفاشل M31-2014-DS1 أنتج ثقبًا أسود يبلغ حجمه حوالي خمس كتل شمسية، وقد حجبته سحابة مقذوفة من الغاز والغبار تبلغ كتلتها عُشر كتلة شمسنا.

كما أوضح نموذجهم بدقة الملاحظات المحيرة لأفضل مرشح سابق لمستعر أعظم فاشل، وهو NGC 6946-BH1. اكتشف كريستوفر كوتشانيك، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ولاية أوهايو وزملاؤه، هذا الجسم منذ أكثر من عقد من الزمن، ومن الصعب دراسته لأنه أبعد بنحو 10 مرات عن M31-2014-DS1، وبالتالي أكثر خفوتًا بحوالي 100 مرة.

ويوافق كوتشانيك – الذي لم يكن جزءًا من دراسات دي – على النتائج الجديدة. ومع ذلك، كما يقول، فإن النموذج الموحد للفريق يواجه مشكلة لا مفر منها، وهي اعتماده على الغبار، وهو “أحد أسوأ ملاجئ الأوغاد في علم الفلك”. وهذا يعني أن الغبار متعدد الاستخدامات لدرجة أنه يمكن استخدامه كدليل توضيحي شامل؛ بالنسبة لأي مجموعة من الملاحظات الفلكية المربكة تقريبًا، يمكن استدعاء بعض التكوينات المدروسة بعناية للغبار لتفسير جميع مراوغاته. وهذه القابلية للطرق تقطع كلا الاتجاهين.

وبالفعل، عارضت دراسة أخرى خاضعة لمراجعة النظراء تحليل دي، على الرغم من أنه لا هو ولا كوتشانيك يجدانه مقنعًا. بقيادة عالمة الفيزياء الفلكية إيما بيسور من جامعة ليفربول جون موريس في إنجلترا، ونشرت في منتصف يناير عام 2016. الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية, يستخدم بيانات De's JWST وChandra للوصول إلى نتيجة مختلفة تمامًا: M31-2014-DS1 وNGC 6946-BH1 على حد سواء يمكن أن تكون حالات نادرة من عمليات الاندماج النجمي المغطاة بالغبار – نجمان يصطدمان ويتحدان – بدلاً من المستعرات الأعظم الفاشلة التي ولدت في الثقب الأسود.

يقول بيسور: “الجميع متحمسون للبحث عن المستعرات الأعظمية الفاشلة، وأنا منهم”. “لكنني أزعم أنه ليس لدينا نماذج حتى الآن تقدم تنبؤات واضحة جدًا حول الشكل الذي يجب أن تبدو عليه. لذا قبل أن نؤكد أحدها، ما أريد القيام به هو استبعاد كل السيناريوهات المحتملة الأخرى التي قد تتسبب في “اختفاء” النجم”.

يقول كوتشانيك إن الزمن سيحدد أي تفسير سيكون صحيحًا، لأنه لا يزال هناك تنبؤ واضح جدًا مستقل عن النموذج: سوف يضيء اندماج النجوم، في حين سيتحول الثقب الأسود إلى الظلام. ويقول: “ولا يمكن للغبار أن يحجب الأشياء إلى الأبد”. “في كلا السيناريوهين، يكون هذا الغبار موجودًا في قشرة متوسعة، وبالتالي فإن “الحجاب” سوف يصبح رقيقًا مع توسع القشرة.”

ومع ذلك، قد يستغرق ذلك عقودًا من الزمن، ومن المحتمل أن يدوم أكثر من العمر المخطط لـ JWST، وهو أفضل مرصد، باستثناء أي شيء آخر، لمثل هذه الدراسات اللاحقة. ولهذا السبب، فإن توسيع نطاق البحث لاكتشاف المزيد من المرشحين باستخدام مرافق الجيل التالي، مثل مرصد فيرا سي روبين الأرضي في تشيلي، وتلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي التابع لوكالة ناسا والذي سيُطلق قريبًا، يمكن أن يكون أمرًا بالغ الأهمية، كما يقول سوفي جيزاري، عالم الفلك في جامعة ميريلاند، والذي لم يكن جزءًا من هذه الدراسات.

وتقول: “بالنظر إلى هذه القدرات المستقبلية، يمكننا العثور على المزيد من هذه الأحداث لنحدد بشكل أفضل ما إذا كانت جميعها عبارة عن مستعرات عظمى فاشلة أو اندماجات نجمية أو مزيج”. “بقراءة هذه الأبحاث، كل ما استطعت التفكير فيه هو مدى الإثارة التي ندخلها في هذا العصر حيث سنحصل على العديد والعديد من الفرص لدراسة هذه الظاهرة.”