اكتشاف نهر كامل من الثقوب السوداء القديمة يتحرك في مجرة درب التبانة

ربما يكون هناك سر مخفي في قلب مجموعة من النجوم الرقيقة المنتشرة عبر السماء: سرب من أكثر من 100 ثقب أسود كتلته نجمية.

تسمى المجموعة النجمية المعنية بالومار 5. إنها تيار نجمي يمتد عبر 30 ألف سنة ضوئية، على بعد حوالي 80000 سنة ضوئية.

غالبًا ما تُعتبر مثل هذه المجموعات الكروية "حفريات" للكون المبكر. إنها كثيفة للغاية وكروية، وتحتوي عادةً على ما يقرب من 100 ألف إلى مليون نجم قديم جدًا، بعضها، مثل NGC 6397، يبلغ عمره تقريبًا عمر الكون نفسه.

في أي مجموعة كروية، تشكلت جميع نجومها في نفس الوقت، من نفس سحابة الغاز. تحتوي مجرة درب التبانة على حوالي 150 مجموعة كروية معروفة؛ هذه الأجسام هي أدوات ممتازة لدراسة تاريخ الكون، أو محتوى المادة المظلمة في المجرات التي تدور حولها.

ولكن هناك نوعا آخر من مجموعات النجوم التي تكتسب المزيد من الاهتمام - تيارات المد والجزر، وهي أنهار طويلة من النجوم تمتد عبر السماء.

في السابق، كان من الصعب تحديد هذه التيارات، ولكن مع عمل مرصد جايا الفضائي على رسم خريطة ثلاثية الأبعاد لمجرة درب التبانة بدقة عالية، تم تسليط الضوء على المزيد من هذه التيارات.

أوضح عالم الفيزياء الفلكية مارك جيليس من جامعة برشلونة في إسبانيا في عام 2021 عندما أعلن الباحثون لأول مرة عن الاكتشاف: "لا نعرف كيف تتشكل هذه التيارات، لكن إحدى الأفكار هي أنها مجموعات نجمية متقطعة".

"ومع ذلك، لا يوجد أي من التيارات المكتشفة حديثًا مجموعة نجمية مرتبطة بها، وبالتالي لا يمكننا التأكد من ذلك. لذا، لفهم كيفية تشكل هذه التيارات، نحتاج إلى دراسة واحدة مع نظام نجمي مرتبط بها. بالومار 5 هي الحالة الوحيدة، ما يجعلها حجر رشيد لفهم تشكل التيارات ولهذا السبب درسناها بالتفصيل".

يبدو بالومار 5 فريدًا من نوعه لأنه يحتوي على توزيع واسع جدًا وفضفاض للنجوم وتيار مد طويل، يمتد لأكثر من 20 درجة من السماء، لذلك ركز جيليس وفريقه عليه.

نظرًا لأن الأدلة الأخيرة تشير إلى أن مجموعات من الثقوب السوداء يمكن أن توجد في المناطق المركزية للعناقيد الكروية، ونظرًا لأن التفاعلات الجاذبية مع الثقوب السوداء معروفة بإرسال النجوم بعيدًا، فقد أدرج العلماء الثقوب السوداء في بعض محاكاتهم.

وأظهرت نتائجهم أن وجود مجموعة من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية داخل بالومار 5 ربما أدى إلى التكوين الذي نراه اليوم. وكانت التفاعلات المدارية لتدفع النجوم خارج العنقود إلى تيار المد والجزر، ولكن فقط بعدد أكبر بكثير من الثقوب السوداء مما كان متوقعًا.

وكانت النجوم التي تهرب من العنقود بكفاءة وسهولة أكبر من الثقوب السوداء لتغير نسبة الثقوب السوداء، وتزيدها كثيرًا.

وقال جييلز: "إن عدد الثقوب السوداء أكبر بثلاث مرات تقريبًا من المتوقع من عدد النجوم في العنقود، وهذا يعني أن أكثر من 20% من إجمالي كتلة العنقود تتكون من ثقوب سوداء".

"كل منها له كتلة تبلغ حوالي 20 ضعف كتلة الشمس، وتشكلت في انفجارات المستعرات العظمى في نهاية حياة النجوم الضخمة، عندما كان العنقود لا يزال صغيرا جدًا"، وفقا لساينس ألرت.

وأظهرت محاكاة الفريق أنه في غضون حوالي مليار عام، سوف يذوب العنقود تمامًا. وقبل أن يحدث هذا، سوف يتكون ما تبقى من المجموعة بالكامل من ثقوب سوداء تدور حول مركز المجرة. وهذا يشير إلى أن بالومار 5 ليس فريدًا من نوعه، ففي نهاية المطاف سوف يتحلل تمامًا إلى تيار نجمي، تمامًا مثل غيره من المجموعات التي اكتشفناها.

كما يشير إلى أن العناقيد الكروية الأخرى من المرجح أن تتقاسم نفس المصير في النهاية. ويقدم تأكيدًا على أن العناقيد الكروية قد تكون أماكن ممتازة للبحث عن الثقوب السوداء التي ستصطدم في النهاية، بالإضافة إلى فئة الثقوب السوداء متوسطة الوزن، بين الثقوب السوداء خفيفة الوزن ذات الكتلة النجمية والثقوب السوداء فائقة الكتلة.

قال عالم الفيزياء الفلكية فابيو أنتونيني من جامعة كارديف في المملكة المتحدة: "يُعتقد أن جزءًا كبيرًا من اندماج الثقوب السوداء الثنائية يتشكل في العناقيد النجمية".

"المجهول الكبير في هذا السيناريو هو عدد الثقوب السوداء الموجودة في العناقيد، وهو أمر يصعب تحديده رصديًا لأننا لا نستطيع رؤية الثقوب السوداء. تمنحنا طريقتنا طريقة لمعرفة عدد الثقوب السوداء الموجودة في عنقود نجمي من خلال النظر إلى النجوم التي تقذفها".

نُشر البحث في مجلة Nature Astronomy.