فيزياء فلكية: ثنـائي وثيـق في ثلاثـي من الثقـوب السـوداء

من المتوقَّع أن تشع ثنائيات من الثقوب السوداء الفائقة الوثيقة أمواجًا جاذبية، يمكن أن توفِّر للفلكيين طريقة جديدة لاستكشاف الكون. وقد اكتُشف زوج منها، وثيق نسبيًّا، ضمن منظومة ثلاثية نادرة.

بَيَّنَت الأرصاد أن كل مجرة ذات كتلة تضاهي كتلة درب التبانة، أو أكبر، تستضيف في مركزها ثقبًا أسود فائقًا، تساوي كتلته ملايين إلى مليارات ضعف كتلة الشمس. ويُعتقد أن هذه المجرات الكبيرة تتكوَّن باندماج مجرتين صغيرتين (أو أكثر)، ولذا.. فإن التوقع الطبيعي هو أن الفلكيين يجب أن يروا على نحو متكرر أزواجًا من الثقوب السوداء الفائقة. تُعتبر منظومات أزواج الثقوب السوداء تلك على درجة عالية من الأهمية، لأنها يمكن أن تؤثِّر جوهريًّا في مركز المجرة من حيث تحريك غازها وقذف نجومها. ومع ذلك.. وبرغم الكثير من البحوث فإننا لا نعرف حتى الآن سوى بعض من منظومات الثقوب السوداء الثنائية. يعرض دين وزملاؤه اكتشاف منظومة ثلاثية نادرة، ويطرحون طريقة محسَّنة من أجل البحث عن أزواج وثيقة.

عندما تندمج منظومات الثقوب السوداء الثنائية الفائقة، تُصْدِر أمواجًا جاذبية قوية، على شكل تموجات في نسيج الزمان والمكان. يمكن لكشف هذه الأمواج أن يمثل تأكيدًا إضافيًّا لنظرية أينشتاين النسبية العامة، وأن يوفر للفيزيائيين الفلكيين وسيلة جديدة لاستكشاف الكون. ويمكن لتلك الأمواج أن تكون قابلة للكشف بأجهزة قياس مستقبلية موضوعة في الفضاء، تعمل على عكس أشعة ليزر من مركبات فضائية تفصل بينها مسافات واسعة، وتبحث عن تغيُّرات ضئيلة في المسافات المقاسة بينها والناجمة عن مرور موجة جاذبية. إحدى طرق الكشف الأخرى قيد التطوير هي استعمال مصفوفات توقيت النباضات pulsar timing arrays على الأرض، مثل نانوجراف NANOGrav. وتستفيد هذه الطريقة من الانتظام المدهش الكامن في النجوم النباضة، وذلك بالتوقيت المتأني لوصول النبضات من الكثير من تلك النجوم، ثم البحث عن تغيرات ضئيلة في أوقات الوصول، ناجمة عن مرور موجات جاذبية.

وقد أُجري الكثير من البحث عن ثنائيات وثيقة من الثقوب السوداء الفائقة، وكانت تلك البحوث في النطاقات الموجية الممتدة من الترددات الراديوية حتى السينية، لأن الثقوب السوداء الفائقة تشع بقوة على كامل الطيف الكهرومغناطيسي. الأرصاد الراديوية مثيرة بالتحديد، لأن تقنية قياس التداخل ذي الخط المرجعي الطويل جدًّا(VLBI) −وهي تليسكوب راديوي عملاق اتساعه آلاف الكيلومترات مكوّن من مجموعة تليسكوبات صغيرة− تعطي أفضل دقة مكانية ممكنة. فهذه الدقة تمكِّن من معاينة مسافات فاصلة بين الثقوب السوداء تصل بصغرها للفرسخ الفلكي (3× 1016 مترًا)، حتى في أبعد المجرات. وقد أدى التعاون لمسح VLBI بين معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا Caltech ومركز جودرل بانكJodrell Bank ، والذي بدأ في تسعينات القرن الماضي، إلى اكتشاف أكثر منظومات الثقوب السوداء الثنائية وثاقًا حتى الآن، والمعروفة للفلكيين بـ0402+379، التي تتضمن مسافة فاصلة تساوي 7 بارسك فقط (الشكل 1). وقد عاينت مسوح VLBI إضافية مصادر راديوية تزيد بأكثر من عشر مرات عن تلك التي جرت معاينتها بمسح كالتك-جوردل، إلا أنه لم يُعثر على أي منظومات أخرى من الثقوب السوداء الثنائية الوثيقة.

الأمر الحاسم للعثور على الثنائيات الوثيقة هو السرعة التي يحصل بها اندماج الثقوب السوداء. فالانكماش الأولي لمدارَيْ الثقبَين الأسودَين الفائقَين، ربما يحصل بسرعة بفضل التفاعلات الجاذبية المتكررة المتبادلة بينهما وبين النجوم، لكنْ عند مسافات فاصلة بين الثقبين الأسودين تقل عن 10 فراسخ فلكية، تنخفض كثافة النجوم، ويمكن للمنظومة الثنائية حينئذ أن ” تتجمد ” قبل أن يتمكن الإشعاع الجاذبي من البدء بحمل الزخم الزاوي بعيدًا والسماح للانكماش المداري بالمتابعة. فإذا كان طور التجمد هذا موجودًا، فإن الثقوب السوداء الثنائية الوثيقة يجب أن تكون وفيرة. أما إذا أمكن لتفاعلات الغاز أو النجوم أن تجسر الفجوة لتصبح من مقاسات دون الفرسخ الفلكي، بحيث يصبح الإشعاع الجاذبي فعالًا في تقليص المدار، ستكون منظومات الثقوب السوداء الثنائية حينئذ نادرة فعلًا.

لقد اعتُبرت منظومة الثقوب السوداء الثلاثية، التي اكتشفها دينْ وزملاؤه والمعروفة بـ J1502+1115، في البداية كوازارًا (منظومة ثقب أسود فائق مُراكِمة للمادة) ذا خطوط إشعاع ضوئية مضاعَفة الذروة. وقد لُوحظ أن هذه الخطوط مضاعَفة الذروة تدل على منظومات ثقوب سوداء ثنائية، لكل ثقب أسود فيها قمته الخاصة به، وأن القمتين منزاحتان بمقدار نسبة سرعتيهما المداريتين إلى سرعة المجرة المستضيفة، غير أنه من سوء الحظ أن كثيرًا من منظومات الثقوب السوداء الأحادية الفائقة عقَّدت أقراص المادة المتراكمة حولها التي يمكن أن تُنتِج أيضًا ذروتين في خطوط الإشعاع (أو أكثر).

لذا.. ومن أجل تأكيد حالة المنظومة موضع الاهتمام، ثمة حاجة إلى دليل آخر، مثل النفاثات الراديوية المتراصة المتعددة. وفي J1502+1115 ثمة فرصة جيدة لوجود 3 نفاثات متراصة من هذا النوع، تفصل بين اثنتين منها 140 فرسخًا فلكيًّا فقط، وفقًا لما أورده دين وزملاؤه باستعمال أرصاد VLBI. يضاف إلى ذلك أن المؤلفين وجدوا في هذه المنظومة أن الإشعاع الراديوي واسع النطاق المقترن بالزوج الوثيق يتصف بتناظر ?S?، مما يوحي بمبادرة النفاثات على النحو الذي يمكن توقعه في المنظومات الثنائية. يمكن لتناظر من هذا النوع أن يوفر وسيلة للبحث عن أزواج وثيقة أخرى. ويدحض المؤلفون ـ على نحو مُقْنِع ـ التفسيرات الممكنة الأخرى للبِنَى الراديوية المرصودة (مثلًا، إمكانية وجود نفاثة مضاعفة من ثقب أسود واحد). والأكثر من ذلك أنهم يرون أن الثقوب السوداء الثنائية الوثيقة هي في الواقع أكثر شيوعًا مما كان يُعتقد سابقًا، وذلك على أساس نجاحهم في العثور على منظومة جديدة من ست منظومات مرشحة، مضاعفة الذروة، ذات إشعاع راديوي وسطوع مجرة مستضيفة معتدلَين.

إذا كانت الثقوب السوداء الثنائية الوثيقة مديدة العمر، ومن ثَمَّ شائعة، فليس علينا الانتظار طويلًا من أجل العثور على المزيد منها، فالكثير من المنظومات المرشحة تحقق فعلًا معيار دين وزملائه الانتقائي الرصدي، وستزيد المسوح الضوئية الجديدة، باستعمال تليسكوب المسح البانورامي ومنظومة الاستجابة السريعة (Pan-STARRS)، وتليسكوب المسح الشامل الكبير Large Synoptic Survey Telescope LSST، كثيرًا من عدد المجرات النشطة المعروفة التي تحتوي على ثقب أسود فائق واحد على الأقل.

أفضل دليل لدينا على المنظومات ثنائية الوثيقة يعتمد بقوة على الدقة الكبيرة لأرصاد VLBI، إلا أنه يجب تَوَخِّي الحذر، لأن النفاثات يمكن أن تبدي تنوعًا كبيرًا من الأشكال والأطياف، ومن ثَمَّ يمكن أن تكون عرضة للتفسير الخاطئ. لذا.. قد يكون الاختبار النهائي للمنظومة الثنائية الوثيقة هو رصد الحركات المدارية لعنصريها مباشرة. وسيتطلب إنجاز كهذا عقودًا من المراقبة بـVLBI، حتى في حالة المنظومة 0402+379 التي تتصف بدورة مدارية متوقَّعَة تساوي 150,000 سنة، إلا أنه من الممكن تحقيق ذلك في غضون بضع سنوات فقط، إذا أمكن العثور على منظومة أوثق.

* الشكل 1 ; صورة راديوية لمنظومة الثقب الأسود الثنائية الفائقة 0402+379، وقد جرى التقاطها عند التردد 22 جيجا هرتز بواسطة مصفوفة الخط المرجعي الطويل جدًّا VLBA. وهي تكشف عن الثقبين الأسودين (C1 و C2) بين نفاثتين راديويتين متباعدتين على طرفَيْ C2. وقد انطلقت هاتان النفاثتان من قرص مادة متراكمة حول C2، ولوحظ أنهما متوسعتان. اكتشف دين وزملاؤه منظومة ثقوب سوداء ثلاثية، تحتوي على زوج وثيق تفصل بين عنصريه مسافة 140 فرسخًا فلكيًّا تقريبًا. وتشير الألوان إلى قوة الإشعاع الراديوي: الأحمر إشعاع قوي، والأزرق إشعاع ضعيف. ويكافئ طول شريط المقياس 10 فراسخ فلكية.

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

أحدث الاخبار

مركز الفلك الدولي بأبوظبي ينجح في التقاط صورا جوية من الأقمار الصناعية

أعلن مركز الفلك الدولي عن نجاخ تجربته في التقاط صور جوية مرسلة مباشرة من الأقمار الصناعية، وقال مدير المركز م. محمد شوكت عودة “هناك ثلاثة ..

صورة رمزية

فيديو : اكتشاف كميات من الماء في الجهة المقابلة للأرض من سطح القمر

أعلنت وكالة “ناسا” ولأول مرة، عن وجود ماء على سطح القمر، مما يعني أنه من الممكن الوصول إلى الماء على سطح القمر المواجه للأرض، وليس ..

علماء يصنعون صورة متحركة مركَّبة من عدة صور للثقب الأسود

في إبريل 2019م عرض فريق علمي أول صورة في التاريخ لثقب أسود بتفاصيل دقيقة مذهلة، التقطتها مجموعة ضخمة من التلسكوبات الموزَّعة حول العالم تُدعى «تلسكوب أفق الحدث.» ..

اتفاق روسي – أمريكي على البحث المشترك عن الحياة على كوكب الزهرة

سيبحث المسبار الروسي الأمريكي “Venera-D” عن الحياة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة على خلفية تصريح العلماء الغربيين حول اكتشاف علامة على قابلية الكوكب للسكن هناك. ..

بحث يحمل افتراضات نظريّة عن احتمالية وجود نوع “غريب” من الحياة داخل النجوم

ركز البحث عن حياة خارج الأرض على الكواكب التي يرى العلماء أنها الموطن المحتمل للحياة. وبحسب موقع “مرصد المستقبل” علماء الفيزياء في جامعة سيتي في نيويورك طرحوا ..

أخبار ذات صلة

علماء يصنعون صورة متحركة مركَّبة من عدة صور للثقب الأسود

في إبريل 2019م عرض فريق علمي أول صورة في التاريخ لثقب أسود بتفاصيل دقيقة مذهلة، التقطتها مجموعة ضخمة من التلسكوبات الموزَّعة حول العالم تُدعى «تلسكوب أفق الحدث.» ..

اكتشاف ” ثقب أسود ” يعتقد أنه الأقرب إلى الأرض – فيديو

اكتشف فريق من علماء الفلك من المرصد الجنوبي الأوروبي (ESO) ومعاهد أخرى ثقبًا أسود يقع على بعد 1000 سنة ضوئية من الأرض. الثقب الأسود أقرب ..

علماء : اكتشاف انبعاث إشعاعات غاما من المادة المظلمة

اكتشف علماء الفلك انبعاث إشعاعات غاما من المادة المظلمة. وهذا يعني أن قسما من إشعاعات غاما في الكون تنبعث من المادة المظلمة. وتفيد مجلة Physical ..

رصد وميض خارق وسط ثقب أسود لم تر مثله من قبل

استخدم العلماء في جامعة ساوثهامبتون بالمملكة المتحدة أحدث الكاميرات لالتقاط صور وميض خارق في وسط ثقب أسود. ويمكن أن تلتهم الثقوب السوداء النجوم القريبة، وعندما ..

اكتشاف ثلاثة ثقوب سوداء على مسار تصادمي

رصد علماء الفلك في وكالة الفضاء الأميركية “ناسا”، بواسطة مرصد تشاندرا للأشعة السينية وتلسكوبات فضائية أخرى، 3 ثقوب سوداء ضخمة للغاية تسير باتجاه تصادمي هائل. ..