الثقب الأسود الشرس يلتهم ثلاثة أضعاف نجوم الأرض في كل مرة يمر بها

يشير الانفجار الهائل للأشعة السينية الذي اكتشفه علماء الفلك بجامعة ليستر إلى أن مادة كتلتها ثلاثة أضعاف كتلة الأرض تحترق في الثقب الأسود.

إن نجمًا مثل شمسنا في مجرة ​​قريبة يتم التهامه تدريجيًا بواسطة ثقب أسود صغير ولكن مفترس، ويفقد كتلة تعادل ثلاثة كواكب أرضية في كل مرة يمر بالقرب منها.

تم الإبلاغ عن اكتشاف علماء الفلك في جامعة ليستر في 7 سبتمبر في المجلة علم الفلك الطبيعة ويوفر “الحلقة المفقودة” في معرفتنا بالثقوب السوداء التي تعطل النجوم التي تدور حولها. إنه يشير إلى وجود مجموعة كاملة من النجوم في طور الاستهلاك والتي لا تزال غير مكتشفة.

حصل الفريق على دعم من وكالة الفضاء البريطانية ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة (STFC).

تفاصيل الاكتشاف

تم تنبيه علماء الفلك إلى الهلاك الوشيك للنجم من خلال وميض أشعة سينية ساطع يبدو أنه قادم من مركز المجرة القريبة 2MASX J02301709+2836050، على بعد حوالي 500 مليون سنة ضوئية من المجرة. درب التبانة. تم تسمية الكويكب Swift J0230، وتم رصده لحظة حدوثه لأول مرة باستخدام أداة جديدة طورها العلماء لصالح مرصد Neil Gehrels Swift. وسرعان ما حددوا موعدًا لمزيد من عمليات المراقبة السريعة له، ووجدوا أنه بدلاً من الاضمحلال بعيدًا كما هو متوقع، فإنه سيتألق بشكل ساطع لمدة 7 إلى 10 أيام ثم ينطفئ فجأة، ويكرر هذه العملية كل 25 يومًا تقريبًا.

صورة بصرية للمجرة التي وقع فيها الحدث الجديد، مأخوذة من بيانات PanSTARRS الأرشيفية. تم العثور على جسم الأشعة السينية في مكان ما داخل الدائرة البيضاء، وهو بحجم رأس الدبوس على بعد 100 متر. يظهر أيضًا موضع مستعر أعظم عمره عامين. الائتمان: دانييلي ب. ماليساني / بانستارز

ربط القطع المفقودة

وقد لوحظ سلوك مماثل فيما يسمى بالانفجارات شبه الدورية والانفجارات النووية الدورية، حيث يكون للنجم مادة يمزقها ثقب أسود عندما يقترب منه مداره، لكنها تختلف في عدد مرات ثورانها، وفي ما إذا كانت تنفجر أم لا. ويكون الانفجار في الأشعة السينية أو الضوء البصري هو السائد. انخفض انتظام انبعاثات Swift J0230 بين الاثنين، مما يشير إلى أنه يشكل “الحلقة المفقودة” بين نوعي الانفجارات.

وباستخدام النماذج المقترحة لهاتين الفئتين من الأحداث كدليل، خلص العلماء إلى أن انفجار Swift J0230 يمثل نجمًا بحجم مماثل لشمسنا في مدار بيضاوي الشكل حول ثقب أسود منخفض الكتلة في مركز مجرته. . وعندما يقترب مدار النجم من قوة الجاذبية الشديدة للثقب الأسود، تنتزع مادة تعادل كتلة ثلاثة كواكب أرضية من الغلاف الجوي للنجم وتسخن عند سقوطها في الثقب الأسود. الحرارة الشديدة، حوالي 2 مليون درجة درجة مئوية، تطلق كمية هائلة من الأشعة السينية التي التقطها القمر الصناعي سويفت لأول مرة.

الآن أنت لا تراه، الآن تراه! صور الأشعة السينية لنفس الموقع في السماء قبل (يسار) وبعد (يمين) ثوران سويفت J0230. تم التقاط هذه الصور بواسطة تلسكوب الأشعة السينية الموجود على متن القمر الصناعي سويفت. الائتمان: فيل إيفانز (جامعة ليستر) / ناسا سويفت

رؤى الخبراء

وقال المؤلف الرئيسي الدكتور فيل إيفانز من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ليستر: “هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها نجمًا مثل شمسنا يتم تمزيقه بشكل متكرر واستهلاكه بواسطة ثقب أسود منخفض الكتلة. إن ما يسمى بأحداث “اضطراب المد والجزر المتكررة والجزئية” هي في حد ذاتها اكتشاف جديد تمامًا ويبدو أنها تنقسم إلى نوعين: تلك التي تندلع كل بضع ساعات، وتلك التي تندلع كل عام أو نحو ذلك. يقع هذا النظام الجديد مباشرة في الفجوة بين هذه العناصر، وعندما تقوم بتشغيل الأرقام، تجد أن أنواع الكائنات المعنية تقع في مكانها الصحيح أيضًا.

الدكتور روب آيلز فيريس، الذي يعمل مع الدكتور إيفانز على القمر الصناعي سويفت، حصل مؤخرًا على درجة الدكتوراه في جامعة ليستر، والتي تضمنت دراسة النجوم التي تعطلها الثقوب السوداء. ويوضح: «في معظم الأنظمة التي رأيناها في الماضي، تم تدمير النجم بالكامل. يعد Swift J0230 إضافة مثيرة لفئة النجوم المضطربة جزئيًا لأنه يوضح لنا أن فئتي هذه الكائنات التي تم العثور عليها بالفعل مرتبطتان بالفعل، حيث يمنحنا نظامنا الجديد الحلقة المفقودة.

رسم توضيحي لمرصد نيل جيرلز سويفت. الائتمان: ناسا

ترقب لمزيد من الاكتشافات

وقال الدكتور كيم بيج من جامعة ليستر، الذي عمل على تحليل البيانات الخاصة بالدراسة: “بالنظر إلى أننا وجدنا Swift J0230 في غضون بضعة أشهر من تمكين أداة الصيد العابر الجديدة لدينا، فإننا نتوقع أن يكون هناك الكثير من الأشياء الأخرى”. أشياء مثل هذه هناك، في انتظار أن يتم كشفها.

الدكتور كريس نيكسون هو عالم فيزياء فلكية نظرية انتقل مؤخرًا من جامعة ليستر إلى جامعة ليدز. قاد التفسير النظري لهذا الحدث. ويتم تمويل أبحاثه من قبل مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة وصندوق ليفرهولم.

ويقدر الباحثون أن كتلة الثقب الأسود تبلغ حوالي 10.000 إلى 100.000 مرة كتلة شمسنا، وهي نسبة صغيرة جدًا بالنسبة للثقوب السوداء الهائلة التي توجد عادةً في مراكز المجرات. ويعتقد أن الثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا تبلغ كتلته 4 ملايين كتلة شمسية، في حين أن معظمها يقع في منطقة تبلغ كتلتها 100 مليون كتلة شمسية.

وهذا هو الاكتشاف الأول الذي يتم باستخدام الكاشف العابر الجديد للقمر الصناعي سويفت، الذي طوره فريق جامعة ليستر ويعمل على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم. عندما يقع حدث متطرف يتسبب في انفجار أشعة سينية في منطقة من السماء لم تكن توجد فيها أشعة سينية من قبل، يطلق علماء الفلك على ذلك اسم الأشعة السينية الفلكية العابرة. على الرغم من الأحداث المتطرفة التي تنذر بها، ليس من السهل العثور على هذه الأحداث، أو على الأقل ليس بسرعة – ولذلك تم تطوير هذه الأداة الجديدة للبحث عن أنواع جديدة من العابرين في الوقت الحقيقي.

يضيف الدكتور إيفانز: «كان هذا النوع من الأجسام غير قابل للاكتشاف إلى أن بنينا هذه المنشأة الجديدة، وبعد فترة وجيزة عثرنا على هذا الحدث الجديد تمامًا الذي لم يسبق له مثيل. يبلغ عمر Swift 20 عامًا تقريبًا، وقد اكتشف فجأة أحداثًا جديدة تمامًا لم نكن نعلم بوجودها من قبل. أعتقد أن هذا يوضح أنه في كل مرة تجد طريقة جديدة للنظر إلى الفضاء، فإنك تتعلم شيئًا جديدًا وتكتشف أن هناك شيئًا لم تكن تعرفه من قبل.

التعاون الدولي والآفاق المستقبلية

وقالت الدكتورة كارولين هاربر، رئيس قسم علوم الفضاء في وكالة الفضاء البريطانية: “هذا اكتشاف مثير آخر من مهمة سويفت الرائدة عالميًا – ثقب أسود منخفض الكتلة يتلقى “لدغات” من نجم يشبه الشمس كلما يدور حوله”. قريب بما فيه الكفاية.

“وكالة الفضاء البريطانية تعمل بالشراكة مع ناسا في هذه المهمة لسنوات عديدة؛ قادت المملكة المتحدة تطوير الأجهزة لاثنين من الأدوات العلمية الرئيسية وقدمنا ​​التمويل لمركز بيانات العلوم Swift، الذي نواصل دعمه. ونحن نتطلع إلى المزيد من الأفكار من سويفت حول انفجارات أشعة جاما في جميع أنحاء الكون، والأحداث الضخمة التي تسببها، في المستقبل.

لمعرفة المزيد عن هذا الاكتشاف، راجع النجم الشبيه بالشمس Swift Spies التابع لناسا والذي يتم استهلاكه لدغة لدغة.

المرجع: “الانفجارات الشهرية شبه الدورية الناتجة عن الاضطراب النجمي المتكرر بسبب ثقب أسود ضخم” بقلم PA Evans، CJ Nixon، S. Campana، P. Charalampopoulos، DA Perley، AA Breeveld، KL Page، SR Oates، RAJ Eyles-Ferris، دي بي ماليساني، إل إيزو، إم آر جواد، بي تي أوبراين، جي بي أوزبورن، بي سباروفاتي، 7 سبتمبر 2023، علم الفلك الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41550-023-02073-ي