اكتشف علماء الفلك الذين يستخدمون مرصد الجوزاء الدولي ، الذي تديره مؤسسة NSF NOIRLab ، أقرب ثقب أسود معروف إلى الأرض. هذا هو أول اكتشاف لا لبس فيه لثقب أسود خامد الكتلة النجمية في درب التبانة. يوفر قربها من الأرض ، على بعد 1600 سنة ضوئية فقط ، هدفًا مثيرًا للدراسة لتعزيز فهمنا لتطور الأنظمة الثنائية.
الثقوب السوداء هي أكثر الأجسام تطرفا في الكون. من المحتمل أن تكون الإصدارات الهائلة من هذه الأجسام الكثيفة بشكل لا يمكن تصوره موجودة في مراكز جميع المجرات الكبيرة. الكتلة النجمية الثقوب السوداء - التي تزن ما يقرب من خمسة إلى 100 ضعف كتلة الشمس - أكثر شيوعًا ، مع ما يقدر بنحو 100 مليون في مجرة درب التبانة وحدها. تم تأكيد عدد قليل فقط حتى الآن ، وكلها تقريبًا "نشطة" - مما يعني أنها تتألق بشكل ساطع في الأشعة السينية لأنها تستهلك مادة من رفيق نجم قريبعلى عكس الثقوب السوداء الخاملة التي لا تفعل ذلك.
اكتشف علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب Gemini North في هاواي ، أحد التلسكوبات المزدوجة لمرصد الجوزاء الدولي ، الذي يديره NOIRLab التابع لمؤسسة NSF ، أقرب ثقب أسود إلى الأرض ، والذي أطلق عليه الباحثون اسم Gaia BH1. يبلغ حجم هذا الثقب الأسود الخامل حوالي 10 أضعاف كتلة الثقب الأسود تعرض جيد للشمس وتقع على بعد حوالي 1600 سنة ضوئية في كوكبة Ophiuchus ، مما يجعلها أقرب بثلاث مرات إلى الأرض من حامل الرقم القياسي السابق ، وهو ثنائي الأشعة السينية في كوكبة Monoceros. أصبح الاكتشاف الجديد ممكنًا من خلال إجراء ملاحظات رائعة لحركة رفيق الثقب الأسودأو المعلم نجمة تشبه الشمس يدور حول الثقب الأسود على نفس المسافة تقريبًا التي تدور حول الأرض حول الشمس.
"خذ النظام الشمسي ، ضع ثقبًا أسود حيث توجد الشمس ، والشمس حيث توجد الأرض ، وستحصل على هذا النظام ،" أوضح كريم البدري عالم الفيزياء الفلكية في مركز الفيزياء الفلكية | هارفارد وسميثسونيان ومعهد ماكس بلانك لعلم الفلك ، والمؤلف الرئيسي للورقة التي تصف هذا الاكتشاف. بينما كان هناك العديد من الاكتشافات المزعومة لأنظمة مثل هذه ، تم دحض كل هذه الاكتشافات تقريبًا لاحقًا. هذا هو أول اكتشاف لا لبس فيه لنجم شبيه بالشمس في مدار واسع حول ثقب أسود ذي كتلة نجمية في مجرتنا ".
على الرغم من وجود الملايين على الأرجح من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية أثناء تجوالهم في مجرة درب التبانة ، تم الكشف عن تلك القلائل التي تم اكتشافها من خلال تفاعلاتهم النشطة مع النجم المرافق. نظرًا لأن مادة من نجم قريب تدور في اتجاه الثقب الأسود ، فإنها تصبح شديدة الحرارة وتولد أشعة سينية قوية ونفثات من المواد. إذا كان الثقب الأسود لا يتغذى بشكل نشط (أي أنه نائم) فإنه يندمج ببساطة مع محيطه.
"لقد كنت أبحث عن ثقوب سوداء نائمة على مدار السنوات الأربع الماضية باستخدام مجموعة كبيرة من مجموعات البيانات والأساليب ،" قال البدري. "أدت محاولاتي السابقة - بالإضافة إلى محاولات الآخرين - إلى ظهور مجموعة من الأنظمة الثنائية التي تتنكر في شكل ثقوب سوداء ، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يؤتي فيها البحث ثماره."
حدد الفريق في الأصل النظام على أنه يحتمل أن يستضيف ثقبًا أسود من خلال تحليل البيانات من مركبة الفضاء جايا التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. التقط Gaia المخالفات الدقيقة في حركة النجم الناتجة عن خطورة لجسم هائل غير مرئي. لاستكشاف النظام بمزيد من التفصيل ، لجأ البدرى وفريقه إلى أداة Gemini Multi-Object Spectrograph في Gemini North ، والتي قست سرعة النجم المرافق أثناء دورانه حول الثقب الأسود وقدمت قياسًا دقيقًا لفترة مداره. . كانت ملاحظات متابعة الجوزاء حاسمة في تقييد الحركة المدارية وبالتالي كتل المكونين في النظام الثنائي ، مما سمح للفريق بتحديد الجسم المركزي على أنه ثقب أسود يبلغ حجمه حوالي 10 أضعاف كتلة شمسنا.
وأوضح البدري أن "ملاحظاتنا لمتابعة الجوزاء أكدت بما لا يدع مجالاً للشك أن الثنائي يحتوي على نجم عادي وثقب أسود خامد واحد على الأقل". "لم نتمكن من العثور على سيناريو فيزيائي فلكي معقول يمكن أن يفسر المدار المرصود للنظام الذي لا يتضمن ثقبًا أسود واحدًا على الأقل."
اعتمد الفريق ليس فقط على قدرات المراقبة الرائعة لشركة Gemini North ولكن أيضًا على قدرة Gemini على توفير البيانات في موعد نهائي ضيق ، حيث لم يكن لدى الفريق سوى فترة قصيرة لإجراء ملاحظات المتابعة الخاصة بهم.
"عندما كانت لدينا المؤشرات الأولى على احتواء النظام على ثقب أسود ، كان لدينا أسبوع واحد فقط قبل أن يكون الجسمان في أقرب مسافة فاصلة في مداريهما. القياسات في هذه المرحلة ضرورية لعمل تقديرات دقيقة للكتلة في نظام ثنائي ، " قال البدري. "كانت قدرة الجوزاء على تقديم ملاحظات على نطاق زمني قصير أمرًا بالغ الأهمية لنجاح المشروع. إذا فاتنا تلك النافذة الضيقة ، فاضطررنا إلى الانتظار لعام آخر ".
يصعب الضغط بشدة على النماذج الحالية لعلماء الفلك لتطور الأنظمة الثنائية لشرح كيفية نشوء التكوين الغريب لنظام Gaia BH1. على وجه التحديد ، كان النجم السلف الذي تحول لاحقًا إلى الثقب الأسود المكتشف حديثًا أكبر بعشرين مرة على الأقل من كتلة شمسنا. هذا يعني أنها كانت ستعيش فقط بضعة ملايين من السنين. إذا تشكل كلا النجمين في نفس الوقت ، فهذا نجم ضخم سرعان ما تحول إلى نجم عملاق ، ينتفخ ويبتلع النجم الآخر قبل أن يتاح له الوقت ليصبح نجمًا مناسبًا ، يحترق الهيدروجين ، في التسلسل الرئيسي مثل شمسنا.
ليس من الواضح على الإطلاق كيف يمكن للنجم ذي الكتلة الشمسية أن ينجو من تلك الحلقة ، وينتهي به الأمر كنجم طبيعي على ما يبدو ، مثل ملاحظات ثنائي الثقب الأسود تشير. تتنبأ جميع النماذج النظرية التي تسمح بالبقاء على قيد الحياة بأن نجم الكتلة الشمسية كان يجب أن ينتهي به الأمر في مدار أكثر إحكاما مما هو ملاحظ بالفعل.
قد يشير هذا إلى وجود فجوات مهمة في فهمنا لكيفية تشكل الثقوب السوداء وتطورها في الأنظمة الثنائية ، كما يشير إلى وجود مجموعة لم يتم استكشافها بعد من الثقوب السوداء الخاملة في الثنائيات.
"من المثير للاهتمام أن هذا النظام لا يمكن مواءمته بسهولة بواسطة نماذج التطور الثنائي القياسية ،" اختتم البدرى. "إنه يطرح العديد من الأسئلة حول كيفية تشكل هذا النظام الثنائي ، بالإضافة إلى عدد الثقوب السوداء الكامنة الموجودة هناك."
"كجزء من شبكة من المراصد الفضائية والأرضية ، لم يقدم Gemini North دليلًا قويًا على أقرب ثقب أسود حتى الآن فحسب ، بل قدم أيضًا أول نظام ثقب أسود أصلي ، مرتبًا بالغاز الساخن المعتاد المتفاعل مع الثقب الأسود ، " محمد NSF Gemini مسؤول برنامج مارتن ستيل. "في حين أن هذا يحتمل أن ينذر بالاكتشافات المستقبلية لمجموعة الثقوب السوداء النائمة المتوقعة في مجرتنا ، فإن الملاحظات تترك أيضًا لغزًا يجب حله - على الرغم من التاريخ المشترك مع جارتها الغريبة ، لماذا النجم المصاحب في هذا النظام الثنائي طبيعي جدًا؟"
تم إجراء ملاحظات Gemini North كجزء من برنامج الوقت التقديري للمخرج (معرف البرنامج: GN-2022B-DD-202).
يتم تشغيل مرصد الجوزاء الدولي من خلال شراكة من ستة بلدان ، بما في ذلك الولايات المتحدة من خلال مؤسسة العلوم الوطنية ، كندا من خلال المجلس القومي للبحوث في كندا ، تشيلي من خلال Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo ، البرازيل من خلال وزارة العلوم والتكنولوجيا. e Inovações ، الأرجنتين من خلال Ministerio de Ciencia ، Tecnología e Innovación ، وكوريا من خلال المعهد الكوري لعلوم الفضاء والفلك. هؤلاء المشاركون وجامعة هاواي ، التي لديها وصول منتظم إلى Gemini ، يحتفظ كل منهم بـ "مكتب الجوزاء الوطني" لدعم المستخدمين المحليين.
المرجع مجلة:
- كريم البدري وآخرون. نجم شبيه بالشمس يدور حول ثقب أسود. الإشعارات الشهرية للجمعية الملكية الفلكية. دوى: 10.1093 / منراس / ستاك3140
