5 أزواج جديدة من دمج الثقوب السوداء الهائلة

في الأسبوع الماضي ، علمنا أن جائزة نوبل للفيزياء لعام 2017 ذهبت إلى راينر فايس وباري باريش وكيب ثورن لمساهماتهم الأساسية في كشف LIGO ولاحظتها الرائدة في موجات الجاذبية المراوغة. اكتشف العلماء في LIGO ، ومن بعدهم أولئك الذين يستخدمون مقياس تداخل برج العذراء الآن ، موجات الجاذبية - تموجات في نسيج الزمكان - من ثقوب سوداء صغيرة نسبيا تدمج ، ما بين حوالي ثمانية إلى 36 مرة كتلة الشمس. وفي غضون ذلك ، وفي الأسبوع الماضي أيضًا ، أعلن علماء الفلك عن محصول وفير من دمج الثقوب السوداء الفائقة الكتلة - كل منها يحتوي على ملايين المرات من كتلة الشمس - في مراكز المجرات. وقال بيان من مرصد تشاندرا للأشعة السينية:

يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف علماء الفلك على فهم كيفية نمو الثقوب السوداء العملاقة وكيفية إنتاج أقوى إشارات موجة الجاذبية في الكون.

يعتقد أن الأزواج من الثقب الأسود قد تشكلوا عندما تصطدم مجرتان واندمجتا مع بعضهما البعض ، مما أجبر ثقوبهم السوداء الفائقة على مقربة من بعضها البعض.

تتنبأ النماذج بوجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة ، لكن أقل من 10 أزواج مؤكدة من الثقوب السوداء المتنامية كانت معروفة في دراسات الأشعة السينية ، وتم العثور عليها في الغالب بالصدفة. لإجراء بحث منتظم ، اضطر الفريق إلى فحص البيانات من التلسكوبات التي تكتشف أطوال موجية مختلفة من الضوء.

قاد شوبيتا ساتيابال ، من جامعة جورج ميسون في فيرفاكس ، فرجينيا ، إحدى ورقتين تصفان هذه النتائج. قام فريقها بالإبلاغ عن أربعة من المرشحين ذوي الثقوب السوداء في ورقة تم قبولها للنشر في مجلة Astrophysical Journal التي تمت مراجعتها من قِبل النظراء. علقت:

يجد علماء الفلك ثقوبًا سوداء هائلة في كل أنحاء الكون. ولكن على الرغم من أننا توقعنا نموها سريعًا أثناء تفاعلها ، إلا أنه يصعب العثور على ثقوب سوداء ضخمة هائلة.

للعثور على أزواج الثقوب السوداء الفائقة ، بدأ علماء الفلك بالبيانات البصرية من مسح Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ، حيث كانوا يبحثون عن مجرات صغيرة بدت وكأنها تعمل على الاندماج. لقد ركزوا بشكل خاص على الأشياء التي بدا فيها أن الفصل بين مركزي المجرتين في بيانات SDSS صغير للغاية ، حيث كان أقل من 30،000 سنة ضوئية.

ثم تحولوا إلى بيانات من مستكشف مسح الأشعة تحت الحمراء واسع النطاق (WISE). لقد بحثوا عن تطابق بين بيانات Sloan وبيانات WISE التي تظهر ما كان متوقعًا رؤيته في الأشعة تحت الحمراء ، من أجل وجود ثقب أسود هائل سريع النمو. وبهذه الطريقة ، وجدوا سبعة أنظمة يبدو أنها تحتوي على ثقب أسود هائل على الأقل.

عند هذه النقطة ، تحولوا إلى بيانات الأشعة السينية. وأوضح بيانهم:

نظرًا لأن انبعاث الأشعة السينية القوي هو السمة المميزة للثقوب السوداء الهائلة المتنامية ، لاحظت Satyapal وزملاؤها بعد ذلك هذه الأنظمة باستخدام [مرصد تشاندرا للأشعة السينية]. تم العثور على أزواج منفصلة عن مصادر الأشعة السينية في خمسة أنظمة ، مما يوفر أدلة دامغة على أنها تحتوي على اثنين من الثقوب السوداء الهائلة المتنامية (أو المغذية).

يعرض هذا الرسم 2 من 5 أزواج جديدة من الثقوب السوداء الهائلة التي تم تحديدها مؤخرًا بواسطة علماء الفلك باستخدام مزيج من الأدوات الأرضية والفضائية. يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف علماء الفلك على فهم كيفية نمو الثقوب السوداء العملاقة وكيفية إنتاج أقوى إشارات موجة الجاذبية في الكون. الصورة عبر شاندرا.

قادت سارة إليسون من جامعة فيكتوريا في كندا الورقة الأخرى التي تصف هذه النتائج. تم الإبلاغ عن تقرير فريقها عن مرشح الثقب الأسود الخامس في عدد سبتمبر 2017 من النشرة الشهرية التي استعرضها النظراء للجمعية الفلكية الملكية . قال إليسون:

يوضح عملنا أن الجمع بين اختيار الأشعة تحت الحمراء ومتابعة الأشعة السينية هو وسيلة فعالة للغاية للعثور على أزواج الثقب الأسود هذه. إن الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء قادرة على اختراق السحب الغامضة من الغاز والغبار المحيطة بأزواج الثقوب السوداء هذه ، وهناك حاجة لرؤية شاندرا الحادة لفصلها.

هل يمكن توجيه أجهزة LIGO أو Virgo نحو أزواج الثقوب السوداء العملاقة المكتشفة حديثًا هذه ، من أجل اكتشاف موجات الجاذبية منها؟ يبدو أن الجواب هو لا. لم يتم إعدادها للكشف عن هذا النوع المعين من موجة الجاذبية. بدلاً من ذلك ، تقوم صفيفات توقيت النبض مثل مرصد Nanoherz في أمريكا الشمالية بموجات الجاذبية (NANOGrav) بإجراء هذا البحث حاليًا. وقال علماء الفلك في المستقبل ، إن مشروع هوائي التداخل بالليزر الفضائي (LISA) يمكن أن يبحث أيضًا عن هذه الموجات الجاذبية.