الثقب الأسود يحلق بين المجرات ، تاركًا وراءه النجوم – Ars Technica

إذا رأيت خطًا مشابهًا في إحدى صورك ، فمن المحتمل أن تستغرق بضع دقائق لتنظيف العدسة. لكن الخط ، في هذه الحالة ، كان في صورة التقطت بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، والتي لا تتأثر بالشموتز التي تتركها الحياة اليومية على الأجهزة المتصلة بالأرض. لذلك ، قرر فريق من الباحثين معرفة ما قد تمثله اللطاخة الرفيعة الطويلة.

لا يزالون غير متأكدين ، ولكن يبدو أن أفضل تفسير هو الاستيقاظ الذي خلفه ثقب أسود فائق الكتلة تم إطلاقه بعيدًا عن المجرة التي كانت تستضيفه. من المحتمل أن يكون تحريره ناتجًا عن ثقبين أسودين إضافيين فائق الكتلة ، جمعا معًا عن طريق اندماج المجرات. إذا كان هذا صحيحًا ، فسيكون أول مثال على هذا السلوك رأيناه على الإطلاق.

ما هذا؟

مرة أخرى في أيام كاميرات الأفلام ، عندما كان من الممكن في بعض الأحيان قضاء شهور أو حتى سنوات بين التقاط صورة وتطويرها ، لم يكن من غير المعتاد التقاط اللقطات التي تم تطويرها حديثًا وتجد نفسك تتساءل عما التقطته صورة. يمكنك تقريبًا سماع أصداء تلك الأيام في وصف علماء الفلك لرؤية اللطاخة عبر إحدى صور هابل: “كان الخط الرفيع شبه المستقيم واضحًا بسهولة في التقييم المرئي لجودة البيانات.”

كشفت نظرة فاحصة أن الخط امتد نحو مجرة ​​غريبة المظهر إلى حد ما. “لم نواجه شيئًا كهذا من قبل في صورنا الخاصة أو في الأدبيات ، قررنا تضمين الميزة في خطة المراقبة لجدول Keck [telescope] يجري.”

استنادًا إلى الانزياح الأحمر للضوء من الجسم ، فإن كلاهما والمجرة على نفس المسافة تقريبًا من الأرض ، مما يشير إلى أن الاثنين مرتبطان. يقدر الباحثون أن الخط يبلغ طوله حوالي 200000 سنة ضوئية. في حين أن الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرات يمكن أن تنبعث منها نفاثات من المواد لفترة طويلة (وحتى أطول) ، تميل هذه النفاثات إلى الانتشار كلما ابتعدت عن المجرة. في هذه الحالة ، ظل الخط رقيقًا طوال طوله.

تشير نظرة على انبعاث النجوم الموجودة في الخط إلى أن النجوم بشكل عام تصبح أصغر سناً كلما تحركت أسفل الخط بعيدًا عن المجرة. بتجميع كل شيء معًا ، يبدو أن الخط بدأ يتشكل منذ حوالي 40 مليون سنة ، وقد تحرك طرفه تدريجياً بعيدًا عن المجرة بسرعة حوالي 1600 كيلومتر في الثانية منذ ذلك الحين.

النظريات القديمة

أحد التفسيرات المحتملة لهذه الحركة هو أن المجرة أطلقت ثقبًا أسود هائلًا. هذا أمر لا مفر منه بسبب ملاحظتين: يبدو أن جميع المجرات تقريبًا بها ثقب أسود فائق الكتلة في قلبها ، ومعظم المجرات مبنية من خلال عمليات اندماج متعددة. ونتيجة لذلك ، فإن الثقوب السوداء الهائلة لمجرات ما قبل الاندماج ستصطدم في النهاية ببعضها البعض. هناك طريقتان يمكن أن يؤدي ذلك إلى الطرد. أحدهما هو أنه إذا خضع اثنان من هذه الثقوب السوداء الهائلة للاندماج حيث يكون إنتاج طاقة الجاذبية غير متساوٍ ، فيمكن أن ينقل ذلك دفعة اتجاهية إلى منتج ما بعد الاندماج.

يحدث طريق بديل للطرد إذا حدثت عملية اندماج مجرية واحدة أو أكثر في عمليات اندماج سريعة نسبيًا (من الناحية الفلكية) ، فمن المحتمل ألا تكون جميع الثقوب السوداء المركزية قد اندمجت بعد. في هذه الحالات ، يمكن أن يكون لديك ثلاثة أو أكثر من هذه العمالقة تدور حول بعضها البعض ، مما يسمح لتفاعلات الجاذبية بالتخلص من أحدها.

لقد قمنا بالكثير من النمذجة لهذه الأنواع من التفاعلات ، لذلك لدينا فهم جيد لعملية الطرد. ما لا نملكه هو فهم جيد حقًا لما قد يحدث بمجرد مغادرة الثقب الأسود للمجرة. اتضح أننا بدأنا في تصميم هذا في السبعينيات لأسباب خاطئة. اقترح الناس أن الثقوب السوداء المركزية المقذوفة قد تكون طريقة لشرح التدفقات الهائلة للكوازارات ، مما يعني أن الكوازارات لم تكن بعيدة أو ساطعة. لكن اتضح أن النجوم الزائفة كان مشرق حقًا ، لذلك اتضح أن خط التفكير بأكمله خاطئ ، وسرعان ما تم إسقاط الفكرة.

تشير النماذج إلى أن كل شيء تقريبًا في هذه العملية سيكون مثيرًا للاهتمام. أولاً ، سيحتفظ الثقب الأسود المقذوف بصدفة من النجوم المصاحبة التي كانت في صميم مجرة ​​ما قبل الاندماج. بعد الطرد ، ستكون هذه القذيفة مماثلة في الحجم إما لمجموعة كروية كبيرة أو مجرة ​​قزمة صغيرة للغاية. لكن النجوم بداخلها كانت تتحرك بسرعة مذهلة لأنها كانت تدور حول ثقب أسود هائل.

إذا واجهت المجموعة المقذوفة – التي يطلق عليها نظام نجمي شديد الضغط – بعض الغازات بعد مغادرتها المجرة ، فإنها ستخلق موجة صدمة داخل الغاز ، مما قد يفسر سبب كون طرف الخط هو ألمع نقطة له. في أعقابه ، سينهار الغاز في الفراغ الذي خلفته موجات الصدمة ويطلق جولة من تشكل النجوم. هذا يفسر بدقة تقدم النجوم الأقدم في اتجاه المجرة.

على الجانب الآخر

لذا ، على المستوى التقريبي على الأقل ، تبدو الخطوط العريضة العامة لهذا الخط وكأنها ثقب أسود هائل هائل يتجه بعيدًا عن موطنه السابق. ولكن هناك مشكلتان غير حقيقة أن النماذج لم يتم تحديثها حقًا منذ عقود ، وقد نما فهمنا لعلم الكونيات والقوة الحسابية بشكل كبير منذ ذلك الحين.

ربما تكون المشكلة الأكبر هي أنه يبدو أن هناك شيئًا ما على الجانب الآخر من المجرة من موقع الخط. إنها ليست بعيدة عن المجرة مثل طرف الخط ، ولا يوجد خط من النجوم يربطها بالمجرة. ولكن في الوقت نفسه ، يبدو أن لديها صدمات مؤينة بالقرب منها ، وهناك أثر متناثر من المواد المؤينة التي تعود إلى المجرة.

لذلك ، إذا كان ثقبًا أسود فائق الكتلة أيضًا ، فيجب أن يكون أثقل حتى من الثقب المقذوف على طول الخط لأنه يبدو أنه يتحرك ببطء بالمقارنة (يفترض هذا أن كلا الجسمين قد تم طردهما في نفس الوقت). ويجب أن تنتقل عبر مواد مختلفة لأنها لا تؤدي إلى نفس النوع من تشكل النجوم.

الأكثر إشكالية هو أنه لا توجد طريقة واضحة لإخراج ثقب أسود ثانٍ في نفس الوقت ولكن في الاتجاه المعاكس. تتضمن أبسط آلية طرد ثلاثة ثقوب سوداء ، أحدها مقذوف والآخران متبقيان في قلب المجرة. من الممكن أن يندمج هذان الاثنان ويحصلان على ركلة جاذبية من الاندماج ، ولكن من غير المحتمل أن ترسل هذه الركلة في أي اتجاه معين – ومع ذلك فإن هذا الجسم ينتقل مباشرة بعيدًا عن الثقب الأسود المقذوف. من الممكن إخراج الثقوب السوداء الثلاثة جميعها ، لكن هذا يتطلب أن تكون جميعها متشابهة في الكتلة – وهو أمر غير محتمل بشكل خاص.

لذا ، في الوقت الحالي ، يقترح الباحثون مبدئيًا أن هذا الجسم الثالث هو نظام نجمي آخر شديد الضغط به ثقبان أسودان فائقان الكتلة ؛ من الواضح أنه شيء يتطلب المزيد من الملاحظات.

لكن هذا ينطبق على المنطقة بأكملها. هناك كائن آخر بعيدًا عن جانب الخط يبدو أنه مجرد محاذاة بالصدفة ، لكن لم يتم تأكيد ذلك. بينما تمكن علماء الفلك من الحصول على وقت تلسكوب للنظر إلى الخط ، لم يحصلوا على الكثير منه ، وهناك الكثير الذي يمكن القيام به مع تعريضات أعمق والمزيد من التحليل الطيفي. لذلك ، نأمل أن تعطينا نظرة أطول فكرة أفضل عما ننظر إليه.

رسائل مجلة الفيزياء الفلكية ، 2023. DOI: 2041-8213 / acba86 (حول DOIs).