يوجد في الكون فئة من الثقوب السوداء ليست فائقة الكتلة وليست مرتبطة بأي مجرة وتسافر عبر الكون لمليارات السنين. في دراسة جديدة، اكتشف باحثون من جامعة ييل وجامعة شمال تكساس إمكانية أن تكون هذه “التجوال” قد بدأت كثقوب سوداء فائقة الكتلة (SMBHs) في مركز المجرات التي تم إزاحتها عن طريق اندماج المجرات. ويمكن أن تساعد النتائج التي توصلوا إليها العلماء الذين يسعون لمعرفة أصل الثقوب السوداء.
قادت الدراسة إيما جين ويلر، طالبة الدكتوراه في علم الفلك في جامعة ييل. وانضم إليها البروفيسور بريامفادا ناتاراجان، أستاذ الفيزياء ورئيس قسم علم الفلك في جامعة ييل، وكولين ج. بيرك، زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة ييل وجامعة شمال تكساس. ناتاراجان هو أيضًا باحث رئيسي في مبادرة الثقب الأسود بجامعة هارفارد. ونشرت نتائجهم في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون ASTRID، وهي مجموعة محاكاة كونية عالية الدقة تصمم تطور الكون (بما في ذلك النجوم والمادة المظلمة والغاز والثقوب السوداء) من الفترات الأولى حتى الوقت الحاضر. استخدم الفريق هذا الجناح لدراسة المجرات التي تسكنها النجوم والتي تتراوح كتلتها من 10 ملايين إلى 1 تريليون كتلة شمسية. ثم قاموا بتتبع تطورهم على مدى حوالي 12.6 مليار سنة.
غايا-إنسيلادوس في محاكاة لاندماج المجرة مع درب التبانة مطابقة لبيانات غايا. الائتمان: وكالة الفضاء الأوروبية (انطباع الفنان وتكوينه)؛ كوبيلمان وفيلالوبوس وحلمي (محاكاة)
إحدى الميزات المهمة لمحاكاة ASTRID هي أنها لا تضع الثقوب السوداء تلقائيًا في مراكز المجرات. وبدلاً من ذلك، فهو يصمم قوى الجاذبية التي تحرك الثقوب السوداء عبر محيطها وتنقلها إلى مراكزها. سمح هذا للفريق بالتمييز بين الثقوب السوداء المستقرة في قلب المجرة والهائمين. وأشاروا أيضًا إلى أن العملية المؤدية إلى تجوال الثقوب السوداء كانت أكثر وضوحًا في المجرات منخفضة الكتلة حيث تكون جاذبيتها أقل.
وقال ويلر: “تظهر نتائجنا أن النظر في الثقوب السوداء المتجولة، بالإضافة إلى الثقوب السوداء المركزية، أمر ضروري لفهم أصول وديناميكيات الثقوب السوداء الضخمة وتاريخ المجرات المضيفة لها”.
وفقًا للنظريات السائدة، يُعتقد أن الثقوب السوداء الأولى نشأت على شكل “بذور” في الكون الفتي. لدى العلماء نظريات متنافسة حول كيفية نموها إلى الثقوب السوداء الهائلة التي نراها اليوم. في حين يعتقد البعض أن النجوم الأولى (المجموعة الثالثة) تركت بذورًا صغيرة متجمعة، يرى البعض الآخر أن البذور الثقيلة تشكلت في وقت سابق عن طريق الانهيار المباشر، حيث تراكم الغاز الأصلي كتلة كافية لتكوين ثقوب سوداء كبيرة.
ناتاراجان، أستاذ جوزيف س. وصوفيا س. فروتون لعلم الفلك في جامعة ييل ومستشار أطروحة ويلر، هو أيضًا من أبرز المؤيدين لنظرية “البذور الثقيلة”. كما قال ناتاراجان:
الأمر المثير في النتائج التي توصلنا إليها هو أن الثقوب السوداء تتذكر أكثر من ظروف ولادتها. تحمل مواقعها الحالية بصمة كل ما حدث للمجرات المضيفة لها. ومن خلال فصل الثقوب السوداء في مراكز المجرة عن تلك التي تتجول، يمكننا أن نبدأ في فصل هذين التاريخين. قد تكون بعض الثقوب السوداء الأكثر كشفًا في الكون هي تلك التي تجولت بعيدًا.
محاكاة المادة المظلمة ومكانها في الشبكة الكونية. الائتمان: ناسا
قدمت محاكاة ASTRID أيضًا نتائج أخرى مثيرة للاهتمام، مثل حقيقة أن المجرات منخفضة الكتلة يبدو أنها تحتفظ بمعلومات حول ثقوبها السوداء الأولية على الرغم من مليارات السنين من النمو من خلال عمليات الاندماج. ويشيرون أيضًا إلى أن المجرات منخفضة الكتلة التي توقفت عن تشكيل نجوم جديدة من المرجح أن تحتوي على ثقوب سوداء في مراكزها، في حين أن تلك التي لا تزال تشكل نجومًا من المرجح أن تحتوي على ثقوب سوداء.
في نهاية المطاف، تقدم هذه النتائج إطارًا يمكن أن يؤدي إلى نهج أكثر شمولاً لدراسة أصول الثقوب السوداء. يتضمن هذا النهج المحتمل عمليات الرصد العميقة للأشعة السينية، والتحليل الطيفي البصري والأشعة تحت الحمراء، وعلم الفلك الراديوي، و”التوهجات” العابرة التي تسببها الثقوب السوداء التي تلتهم النجوم. كما قال ويلر:
يمكن لكل من هذه الطرق استكشاف أجزاء مختلفة من السكان. ومن خلال الجمع بين الملاحظات ونتائج عمليات المحاكاة، قد نتمكن من تحديد بصمات تكوين الثقب الأسود وتطور المجرات.
مزيد من القراءة: YaleNews، The Astrophysical Journal Letters
