تعد النجوم النابضة من بين أكثر الظواهر الفلكية أهمية، حيث تعمل كساعات كونية دقيقة للغاية. تتميز هذه النجوم بقدرتها على قياس التغيرات الطفيفة في موضعها بدقة بفضل تأثير دوبلر. وقد تم استخدامها من أجل إثبات وجود موجات الجاذبية قبل أن نصبح قادرين على رصدها بشكل مباشر. وقد أدت هذه الملاحظات إلى تطوير فكرة مصفوفة توقيت النجم النابض (PTA)، التي تعتمد على مراقبة العديد من النجوم النابضة على مدى فترات زمنية طويلة، بهدف دراسة موجات الجاذبية على النطاق الكوني.

أحد المشاريع البارزة في هذا المجال هو مشروع NANOGrav، الذي قام بدراسة 67 نجمًا نابضًا على مدار 15 عامًا. وكان القائمون على المشروع يأملون في العثور على دلائل تدعم النظرية المتعلقة بالتضخم الكوني المبكر، والتي تُعد النموذج الأساسي لتفسير العديد من الألغاز الكونية. من الناحية النظرية، فإن التضخم السريع للكون بعد لحظات قليلة من الانفجار الكبير كان ينبغي أن يؤدي إلى وجود خلفية محددة من موجات الجاذبية، تمامًا كما شكل الانفجار الكبير نفسه بقايا حرارية تمثل الخلفية الكونية الميكروية. ومع ذلك، على الرغم من اكتشاف NANOGrav لموجات الجاذبية الكونية، إلا أن هذه الموجات كانت تتأثر بشكل رئيسي بالموجات الناتجة عن الثقوب السوداء الهائلة، مما جعل من الصعب اكتشاف الموجات المرتبطة بالتضخم الكوني.

تركز دراسة جديدة على فهم موجات الجاذبية وما يمكن أن تكشفه عن الأجسام فائقة الكتلة في الكون المبكر. لقد أظهرت الأبحاث الأخيرة أن الثقوب السوداء الهائلة كانت موجودة في فترات أبكر مما كان يُعتقد سابقًا. ورغم عدم اليقين حول كيفية تشكل هذه الثقوب السوداء بهذا الشكل السريع، فإن هناك العديد من الأفكار حول هذا الموضوع. تسلط هذه الدراسة الضوء على نموذجين رئيسيين لتكوين الثقوب السوداء.

النموذج الأول يشير إلى أن الثقوب السوداء الهائلة قد تكون نتاج ما يسمى بـ “الثقوب السوداء ذات الانهيار المباشر” (DCBHs). فعلى عكس التقليد المتبع في تشكيلها من بقايا النجوم الكبيرة، يعتقد أن DCBHs قد تكون قد تشكلت نتيجة انهيار سحب ضخمة من الهيدروجين والهيليوم. وعليه، قد يكون من الممكن أن تكون هذه الثقوب قد تشكلت في نفس الفترة التي بدأت فيها النجوم الأولى بالظهور. وفي المناطق الكثيفة في الكون المبكر، يمكن أن تنمو هذه الثقوب بسرعة مذهلة حتى تصل إلى أحجام هائلة.

أما النموذج الثاني، فيعرف بنجوم المادة المظلمة فائقة الكتلة (SMDSs). وفقًا لهذا النموذج، تنهار المادة المظلمة والمادة العادية لتكوين سحب كثيفة ضخمة. وإذا كانت المادة المظلمة قادرة على التفاعل مع نفسها وإنتاج الحرارة والضوء، فإن هذه السحب الكثيفة ستضيء نتيجة اضمحلال المادة المظلمة، بدلاً من الاندماج النووي. وعندئذ، يمكن أن تصل كتلة هذه النجوم إلى أكثر من مليون شمس، مما يجعلها تتألق مثل النجوم العملاقة الزرقاء قبل أن تنهار إلى ثقوب سوداء هائلة.

ستكون موجات SMDS (الزرقاء) أقوى بكثير من موجات DCBH (البرتقالية). الائتمان: غدلا وإيلي، المراجعة البدنية د (2026)

يستعرض الباحثون أنواع وشدة موجات الجاذبية المحتملة الناتجة عن كل من الثقوب السوداء ذات الانهيار المباشر والنجوم المظلمة فائقة الكتلة. أحد النتائج المثيرة للاهتمام هو أن ملاحظات موجات الجاذبية قد وضعت حدودًا معينة على عدد DCBHs الموجودة في الكون. فلو كان هناك أكثر من DCBH واحد لكل 10 ميغا فرسخ فلكي مكعب، لكانت إشارة موجة الجاذبية الملاحظة ستكون أقوى بكثير مما تم تسجيله. تشير التقديرات، مع ذلك، إلى أن DCBHs كانت نادرة جدًا، وربما تتواجد واحد فقط بين كل مليون فرسخ فلكي مكعب.

بينما تعد النجوم المظلمة الهائلة حالة مختلفة تمامًا. إن وجدت، ستكون SMDS شائعة، بالنظر إلى أن المادة المظلمة تشكل الجزء الأكبر من الكون. ومن المحتمل أن تكون موجات الجاذبية الناتجة عن هذه النجوم هي المصدر الرئيسي للملاحظات الحالية. لا يثبت ذلك وجود النجوم المظلمة الهائلة بشكل قاطع، لكنه يشير إلى أنها ربما كانت موجودة في العصور الكونية الأولى.

تتيح لنا مصفوفات توقيت النجم النابض استكشاف الخلفية الكونية لموجات الجاذبية بشكل مثير. وإن لم تكن قادرة على تقديم دليل قاطع بشأن التضخم الكوني المبكر، فإنها قد تكشف عن بعض الخصائص الغامضة للمادة المظلمة.

مرجع: غدلا، سوهان، وكوزمين إيلي. “إعادة بناء قياسات PTA عبر البذر المبكر للثقوب السوداء الهائلة.” المراجعة البدنية د 114.4 (2026): L041303.