تم اكتشاف ثقب أسود غير عادي – على عكس أي ثقب آخر

هذا الاكتشاف ، وهو أحد الثقوب السوداء متوسطة الكتلة الوحيدة المؤكدة ، يعيش في جسم نادر بنفس القدر يُعرف باسم النواة المنخفضة الكتلة.

اكتشف علماء الفلك أ الثقب الأسود لا مثيل لها. مع وجود مائة ألف كتلة شمسية ، فهي أصغر من الثقوب السوداء التي وجدناها في مركز المجرات ، لكنها أكبر من الثقوب السوداء التي تولد عندما تنفجر النجوم. وهذا يجعلها واحدة من الثقوب السوداء متوسطة الكتلة الوحيدة المؤكدة ، وهو جسم سعى إليه علماء الفلك منذ فترة طويلة.

«Nous avons de très bonnes détections des plus grands trous noirs de masse stellaire jusqu’à 100 fois la taille de notre soleil, et des trous noirs supermassifs au centre de galaxies qui sont des millions de fois la taille de notre soleil, mais il n ‘لا يوجد. كل القياسات السوداء بين هذه. قال المؤلف الرئيسي أنيل سيث ، الأستاذ المشارك في علم الفلك بجامعة يوتا والمؤلف المشارك للدراسة ، “إنه تناقض كبير”. “هذا الاكتشاف يملأ الفراغ.”

مجرة المرأة المسلسلة ، أو M31 ، هي أكبر مجرة ​​مجاورة لمجرة درب التبانة. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

كان الثقب الأسود مخفيًا في B023-G078 ، وهو عنقود نجمي ضخم في أقرب مجرة ​​مجاورة لنا ، المرأة المسلسلة. يعتقد الباحثون منذ فترة طويلة أنه حشد نجمي كروي ، ويقول الباحثون إن B023-G078 هو أكثر من نواة مجردة. النوى المقطوعة هي بقايا مجرات صغيرة سقطت في مجرات أكبر والتي جُردت نجومها الخارجية بفعل قوى الجاذبية. ما تبقى هو نواة صغيرة كثيفة تدور حول المجرة الأكبر ، وفي وسط ذلك النواة ، يوجد ثقب أسود.

“في السابق ، وجدنا ثقوبًا سوداء كبيرة في نوى ضخمة مجردة أكبر بكثير من B023-G078. قالت المؤلفة الرئيسية رينوكا بيتشتي من جامعة ليفربول جون مورس ، التي بدأت البحث في الجامعة ، “كنا نعلم أنه يجب أن تكون هناك ثقوب سوداء أصغر في نوى مجردة من الكتلة المنخفضة ، ولكن لم يكن هناك أي دليل مباشر على الإطلاق”. حالة واضحة أننا وجدنا أخيرًا أحد هذه الأشياء.

ال كانت الدراسة تم نشره في 11 يناير 2022 في مجلة الفيزياء الفلكية.

تُظهر اللوحة اليسرى صورة حقل عريض لـ M31 مع المربع الأحمر وإطار داخلي يوضح موقع وصورة B023-G78 حيث تم العثور على الثقب الأسود. الائتمان: إيفان إيدر ، https://www.astroeder.com/ ؛ HST ACS / HRC

حدس لعدة عقود

عُرف B023-G078 بالعنقود النجمي الكروي الضخم – وهو مجموعة كروية من النجوم مرتبطة ببعضها البعض بقوة عن طريق الجاذبية. ومع ذلك ، كان هناك رؤية واحدة فقط للجسم الذي حدد كتلته الإجمالية ، حوالي 6.2 مليون كتلة شمسية. لسنوات ، شعر سيث أنه شيء آخر.

“كنت أعرف أن الكائن B023-G078 كان أحد أضخم الأجسام في أندروميدا واعتقدت أنه قد يكون مرشحًا لنواة مجردة. لكننا احتجنا إلى بيانات لإثبات ذلك. لقد طبقنا على تلسكوبات مختلفة لمزيد من الملاحظات للعديد والعديد من قال سيث: منذ سنوات ، وفشلت مقترحاتي دائمًا. وعندما اكتشفنا ثقبًا أسود فائق الكتلة في نواة مجردة في عام 2014 ، أخبرنا مرصد الجوزاء أنه منحنا الفرصة لاستكشاف الفكرة.

مع بيانات الرصد الجديدة الخاصة بهم من مرصد الجوزاء والصور من تلسكوب هابل الفضائيقام Pechetti و Seth وفريقهم بحساب توزيع الكتلة في الجسم عن طريق نمذجة ملف الضوء الخاص به. تحتوي الكتلة الكروية على ملف تعريف ضوئي مميز له نفس الشكل بالقرب من المركز كما هو الحال في المناطق الخارجية. B023-G078 مختلف. يكون الضوء في المركز مستديرًا ثم يصبح مسطحًا أثناء تحركه للخارج. يتغير التركيب الكيميائي للنجوم أيضًا ، مع وجود عناصر ثقيلة في النجوم في المركز أكثر من تلك الموجودة بالقرب من حافة الجسم.

“مجموعات النجوم الكروية تتشكل أساسًا في نفس الوقت. على النقيض من ذلك ، يمكن أن تحتوي هذه النوى المجردة على حلقات تشكيل متكررة ، حيث يسقط الغاز في مركز المجرة ويشكل نجومًا. ويمكن سحب مجموعات النجوم الأخرى باتجاه المركز بواسطة قوى الجاذبية قال سيث: “إنها أرض نفايات لمجموعة من الأشياء المختلفة ، لذا فإن النجوم في النوى المجردة ستكون أكثر تعقيدًا مما هي عليه في العناقيد الكروية وهذا ما رأيناه في B023-G078.

استخدم الباحثون توزيع كتلة الجسم للتنبؤ بالسرعة التي يجب أن تتحرك بها النجوم في موقع معين في العنقود وقارنوها ببياناتهم. تدور أسرع النجوم حول المركز. عندما قاموا ببناء نموذج بدون تضمين ثقب أسود ، كانت النجوم في المركز بطيئة جدًا مقارنةً بملاحظاتهم. عندما أضافوا الثقب الأسود ، حصلوا على سرعات مطابقة للبيانات. يضيف الثقب الأسود إلى الدليل على أن هذا الجسم عبارة عن نواة مجردة.

قال بيشيتي: “السرعات النجمية التي نحصل عليها تعطينا دليلًا مباشرًا على وجود نوع من الكتلة السوداء في المنتصف”. “من الصعب جدًا على الحشود الكروية تكوين ثقوب سوداء كبيرة. ولكن إذا كان في قلب مجرد ، فلا بد أنه يوجد بالفعل ثقب أسود ، تُرك على شكل بقايا من مجرة ​​أصغر سقطت في المجرة الأكبر.

يأمل الباحثون في رصد المزيد من النوى المجردة التي قد تحتوي على ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. هذه فرصة لمعرفة المزيد عن تعداد الثقوب السوداء في مركز المجرات منخفضة الكتلة ولمعرفة كيفية بناء المجرات من كتل بناء أصغر.

قال سيث: “نحن نعلم أن المجرات الكبيرة تتشكل عادةً من اندماج المجرات الأصغر ، لكن هذه النوى المجردة تسمح لنا بفك رموز تفاصيل هذه التفاعلات السابقة”.

المرجع: “كشف 100000 م_⊙ ثقب أسود في الكتلة الكروية الأكثر ضخامة في M31: نواة مجردة من المد والجزر “بقلم رينوكا بيتشتي ، أنيل سيث ، سيباستيان كامان ، نيلسون كالدويل ، جاي سترادر ​​، مارك دن بروك ، نورا لوتزجيندورف ، نادين نيوماير ، وكارينا فوجيل ، 11 يناير 2022 ، مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac339f

ومن بين المؤلفين الآخرين سيباستيان كامان من جامعة ليفربول جون مورس. نيلسون كالدويل ، مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ؛ جاي سترادر ​​، جامعة ولاية ميشيغان ؛ مارك دن بروك ، معهد لايبنيز للفيزياء الفلكية ، بوتسدام ؛ نورا لوتزجيندورف ، وكالة الفضاء الأوروبية ؛ نادين نيوماير ، معهد ماكس بلانك لعلم الفلك ؛ وكارينا فوجيل ، مرصد ستراسبورغ الفلكي.