تم اكتشاف كتلة الثقب الأسود في مجموعة قديمة من النجوم في درب التبانة

توصل علماء الفلك إلى اكتشاف مذهل: مجموعة مكونة من أكثر من 100 ثقب أسود ذات كتلة نجمية تنتقل عبر مجرة ​​درب التبانة ضمن مجموعة نجمية تسمى بالومار 5.

تقع هذه المجموعة غير العادية تقريبًا 80.000 سنة ضوئية من الأرض، تمتد عبر 30.000 سنة ضوئية ويحتوي على بعض من أقدم النجوم في المجرة. ويعتقد الباحثون أن الثقوب السوداء داخل بالومار 5 لعبت دورًا رئيسيًا في تشكيل البنية الفريدة للعنقود، مما يوفر رؤى جديدة لديناميكياته. مجموعات كروية و تشكيل الثقوب السوداء.

بالومار 5: نافذة على الكون المبكر

بالومار 5 هي فئة كتلة كرويةإنها مجموعة كروية من النجوم مرتبطة بإحكام بالجاذبية. وغالبا ما يشار إلى هذه المجموعات “الحفريات” الكون المبكر لأنها تحتوي على نجوم قديمة تشكلت من نفس السحابة الغازية منذ مليارات السنين. يعد Palomar 5 فريدًا من حيث أنه لا يحتوي فقط على توزيع واسع وفضفاض للنجوم، بل أيضًا تيار المد والجزر الطويل– نهر من النجوم يمتد على مسافة 30 ألف سنة ضوئية من مركز العنقود.

ما يجعل بالومار 5 مثيرًا للاهتمام بشكل خاص لعلماء الفلك هو كثافته المنخفضة مقارنة بالعناقيد الكروية الأخرى. تمتلئ معظم العناقيد الكروية بكثافة بالنجوم، لكن التوزيع الواسع والمتناثر لبالومار 5 يشير إلى أن بعض القوة قد جردت مادتها النجمية بمرور الوقت. هذا دفع العلماء إلى التحقيق الثقوب السوداء ويمكن أن يعزى ذلك إلى فقدان النجوم وتشكيل تيارات المد والجزر العنقودية.

عالم فيزياء فلكية مارك كيلز من جامعة برشلونة وأكد بالومار على أهمية الرقم 5 في فهم تكوين تيارات المد والجزر. “بالومار 5 هو الحالة الوحيدة [where a globular cluster and tidal stream coexist]إنه يجعله بمثابة حجر رشيد لفهم تكوين التدفق، ولهذا السبب قمنا بدراسته بالتفصيل. وقال كيلز إن المجموعة تسلط الضوء على أهمية كشف الألغاز الكامنة وراء كيفية تشكل هذه التدفقات.

مجموعة مذهلة من الثقوب السوداء

استخدام واسع النطاق محاكاة الجسم Nأعاد فريق البحث مدارات و التطورات لفهم كيف وصل العنقود النجمي في بالومار 5 إلى شكله الحالي. تتضمن عمليات المحاكاة الخاصة بهم الثقوب السوداء لأن الأدلة تشير إلى أن مجموعات الثقوب السوداء قد تحتوي على ثقوب سوداء. المناطق الوسطى مجموعات كروية. ومن المعروف أن الثقوب السوداء، بما تتمتع به من جاذبية هائلة، تتفاعل مع النجوم القريبة، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى رميها داخل العنقود وتيارات المد والجزر المحيطة به.

ووجد الباحثون أن بالومار 5 يحتوي على عدد من الثقوب السوداء أكبر مما كان متوقعا في البداية. “عدد الثقوب السوداء أكبر بثلاث مرات تقريبًا من عدد النجوم الموجودة في العنقود، وتشكل الثقوب السوداء أكثر من 20 بالمائة من إجمالي كتلة العنقود”. وأوضح كيلز. ويقدر حجم كل ثقب من هذه الثقوب السوداء بحوالي 20 مرة كتلة الشمستشكلت من انهيار النجوم الضخمة انفجارات السوبرنوفا منذ مليارات السنين.

تشير عمليات المحاكاة إلى ذلك تفاعلات الجاذبية تتجمع النجوم بين هذه الثقوب السوداء والنجوم المحيطة بها، ثم تُقذف نحو الداخل تيار المد والجزريغير التوازن بين النجوم والثقوب السوداء. ومع خروج النجوم من العنقود بكفاءة أكبر من الثقوب السوداء، زاد معدل وجود الثقوب السوداء بمرور الوقت، مما أدى في النهاية إلى البنية غير العادية التي نراها اليوم.

مصير بالومار 5: مستقبل تهيمن عليه الثقوب السوداء

تشير الأبحاث إلى أن بالومار 5 في طريقه إلى الانهيار. وعلى مدى مليار سنة القادمة، سوف يتفكك العنقود تماما حتى يفقد نجومه. وبينما تتكشف هذه العملية، فإن ما تبقى من العنقود سوف تصبح أكثر هيمنة من قبل الثقوب السوداء. “في حوالي مليار سنة، سوف يذوب العنقود تماما.” قال كيلز. “قبل أن يحدث هذا، ما تبقى من العنقود يتكون بالكامل من الثقوب السوداء، التي تدور حول مركز المجرة.”

هذه العملية الحل ليست فريدة من نوعها لبالومار 5. تشير النتائج إلى أن العناقيد الكروية الأخرى في درب التبانة قد تتبع مصيرًا مشابهًا، حيث تتخلص من نجومها تدريجيًا وتصبح تهيمن عليها الثقوب السوداء بمرور الوقت. ومع ذوبان هذه العناقيد، تبقى ثقوبها السوداء خلفها، مما يساهم في تزايد أعدادها. الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في هالة المجرةالمنطقة المحيطة بمركز درب التبانة.

إن وجود ثقوب سوداء متعددة في بالومار 5 له أيضًا آثار على الدراسة اندماج الثقب الأسود الثنائي. فابيو أنتونينيعالم فيزياء فلكية جامعة كارديفذُكر، “يُعتقد أن جزءًا كبيرًا من عمليات اندماج الثقوب السوداء الثنائية تتشكل في مجموعات النجوم.” هذه الروابط مسؤولة عن إنشاء العناصر القابلة للاكتشاف موجات الجاذبيةوقد تكون العناقيد الكروية مثل بالومار 5 أرضًا خصبة لهذه الأحداث. “في هذه الحالة هناك كتلة غير معروفة من الثقوب السوداء في مجموعات، وهو ما يصعب السيطرة عليه بالملاحظة لأننا لا نستطيع رؤية الثقوب السوداء.” وأوضح أنتونيني. قد توفر دراسة العناقيد مثل بالومار 5 طرقًا جديدة لتقدير عدد الثقوب السوداء داخل العناقيد بناءً على النجوم التي تقذفها.

آثار واسعة النطاق على أبحاث الثقب الأسود

اكتشافها مجموعة من الثقوب السوداء يضيف بالومار إلى مجموعة الأدلة المتزايدة في الرقم 5 مجموعات كروية البيئات الخصبة لتكوين وتطور الثقوب السوداء. تتفاعل الثقوب السوداء في هذه العناقيد مع بعضها البعض لتشكل أنظمة ثنائية تتصادم وتندمج في النهاية، مما يؤدي إلى إنشاء رشقات نارية قوية من موجات الجاذبية. ليغو و بُرْجُ العَذْراء.

علاوة على ذلك، يقدم هذا البحث نظرة ثاقبة لفئة كانت بعيدة المنال سابقًا الثقوب السوداء متوسطة الكتلة– الثقوب السوداء أكبر من الثقوب السوداء ذات الكتلة بين النجوم ولكنها أقل كتلة الثقوب السوداء الهائلة. يُعتقد أن هذه الثقوب السوداء متوسطة الكتلة تتشكل في بيئات كثيفة مثل العناقيد الكروية، ويمكن أن يوفر تعداد الثقوب السوداء في بالومار 5 فرصًا جديدة لدراسة هذه الأجسام.

باختصار تشخيص مجموعة من الثقوب السوداء قدم بالومار 5 فهمًا أعمق لديناميكيات العناقيد الكروية ودور الثقوب السوداء في تطورها. ومع استمرار العنقود في التطور، فإنه سيوفر المزيد من الفرص لدراسة التفاعلات المعقدة بين النجوم والثقوب السوداء، مما يلقي الضوء على مستقبل هذه الأنظمة النجمية القديمة.