لعقود ، عرف علماء الفلك أن الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) تكمن في مركز معظم المجرات الضخمة. هذه الثقوب السوداء ، التي تتراوح من مئات الآلاف إلى مليارات الكتل الشمسية ، لها تأثير قوي على المادة المحيطة ويعتقد أنها سبب النوى المجرة النشطة (AGN). لطالما عرف الفلكيون عنهم ، فقد سعوا إلى فهم كيفية تشكل SMBHs وتطورها.
في دراستين تم نشرهما مؤخرًا ، أبلغ فريقان دوليان من الباحثين عن اكتشاف خمسة أزواج من الثقب الأسود تم اكتشافها حديثًا في مراكز المجرات البعيدة. يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف علماء الفلك في تسليط ضوء جديد على كيفية تكوّن SMBHs ونموها بمرور الوقت ، ناهيك عن الكيفية التي ينتج بها اندماج الثقوب السوداء أقوى موجات الجاذبية في الكون.
تم الإبلاغ عن أول أربعة مرشحين للثقب الأسود المزدوج في دراسة بعنوان "دفن AGNs في عمليات الدمج المتقدمة: اختيار لون الأشعة تحت الحمراء المتوسطة كمكتشف AGN مزدوج" ، والتي قادتها Shobita Satyapal ، أستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة جورج ميسون. تم قبول هذه الدراسة للنشر في المجلة الفيزيائية الفلكية وظهرت مؤخرا على الإنترنت.
الدراسة الثانية ، التي أبلغت عن المرشح الخامس المزدوج للثقب الأسود ، كانت بقيادة سارة إليسون - أستاذة الفيزياء الفلكية في جامعة فيكتوريا. تم نشره مؤخرا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية تحت عنوان "اكتشاف نواة مجرة نشطة مزدوجة مع فصل 8 كيلوبايت تقريبًا". كان اكتشاف أزواج الثقب الأسود الخمسة هذه مصادفة جدًا ، نظرًا لأن الأزواج نادرة جدًا.
كما أوضحت شوبيتا ساتيابال في بيان صحفي شاندرا:
"يجد الفلكيون ثقوبًا سوداء هائلة في جميع أنحاء الكون. ولكن على الرغم من أننا توقعنا أنها تنمو بسرعة عندما تتفاعل ، كان من الصعب العثور على الثقوب السوداء الفائقة الكتلة المزدوجة.“
تم اكتشاف أزواج الثقب الأسود من خلال الجمع بين البيانات من عدد من الأجهزة الأرضية والفضائية المختلفة. وشمل ذلك البيانات الضوئية من مسح Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ومنظار التلسكوب الكبير (LBT) الأرضي في أريزونا مع بيانات الأشعة تحت الحمراء القريبة من مستكشف المسح بالأشعة تحت الحمراء واسع النطاق (WISE) وبيانات الأشعة السينية من شاندرا من وكالة ناسا مرصد الأشعة السينية.
من أجل دراستهم ، سعى ساتيابال وإليسون وفرقهم إلى الكشف عن AGNs المزدوجة ، والتي يعتقد أنها نتيجة لعمليات الاندماج المجري. بدأوا من خلال استشارة البيانات البصرية من SDSS لتحديد المجرات التي بدت وكأنها في عملية الدمج. ثم تم استخدام البيانات من مسح WISE لجميع الأجواء لتحديد تلك المجرات التي أظهرت أقوى AGNs.
ثم استعانوا ببيانات من مطياف التصوير CCD المتقدم (ACIS) في شاندرا و LBT لتحديد سبع مجرات بدت وكأنها في مرحلة متقدمة من الاندماج. اعتمدت الدراسة التي قادها إليسون أيضًا على البيانات البصرية التي قدمها مسح المجرات القريبة في مرصد أباتشي بوينت (MaNGA) لتحديد أحد أزواج الثقب الأسود الجديدة.
من البيانات المجمعة ، وجدوا أن خمسة من أصل سبع مجرات مدمجة استضافت AGNs المزدوجة الممكنة ، والتي تم فصلها بأقل من 10 كيلوبارسيك (أكثر من 30،000 سنة ضوئية). وقد تم إثبات ذلك من خلال بيانات الأشعة تحت الحمراء التي قدمتها WISE ، والتي كانت متسقة مع ما هو متوقع من الثقوب السوداء الهائلة سريعة النمو.
بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت بيانات شاندرا أزواج منفصلة من مصادر الأشعة السينية ، والتي تتوافق أيضًا مع الثقوب السوداء التي يتم تراكم المادة عليها ببطء. تشير بيانات الأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية أيضًا إلى أن الثقوب السوداء الهائلة مدفونة بكميات كبيرة من الغبار والغاز. كما أشار إليسون ، كانت هذه النتائج نتيجة عمل شاق تألف من الفرز عبر أطوال موجية متعددة من البيانات:
"يوضح عملنا أن الجمع بين اختيار الأشعة تحت الحمراء ومتابعة الأشعة السينية هو طريقة فعالة جدًا للعثور على أزواج الثقب الأسود هذه. الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء قادرة على اختراق السحب الغامضة من الغاز والغبار المحيطة بأزواج الثقب الأسود ، ورؤية شاندرا الحادة ضرورية لفصلها ".
قبل هذه الدراسة ، تم تأكيد أقل من عشرة أزواج من الثقوب السوداء المتنامية استنادًا إلى دراسات الأشعة السينية ، وكانت هذه في الغالب عن طريق الصدفة. وبالتالي ، كان هذا العمل الأخير ، الذي اكتشف خمسة أزواج من الثقوب السوداء باستخدام البيانات المجمعة ، محظوظًا ومهمًا. وبصرف النظر عن تعزيز الفرضية القائلة بأن الثقوب السوداء الهائلة تتكون من اندماج الثقوب السوداء الأصغر ، فإن هذه الدراسات لها أيضًا آثار خطيرة على أبحاث الموجات الجاذبية.
قال ساتيابا: "من المهم أن نفهم مدى شيوع أزواج الثقوب السوداء الهائلة للمساعدة في التنبؤ بالإشارات الخاصة بمراصد موجات الجاذبية". "مع وجود التجارب بالفعل وتجارب مستقبلية عبر الإنترنت ، يعد هذا وقتًا مثيرًا للبحث عن دمج الثقوب السوداء. نحن في المراحل الأولى من عصر جديد في استكشاف الكون ".
منذ عام 2016 ، تم الكشف عن ما مجموعه أربع حالات من موجات الجاذبية بواسطة أدوات مثل مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) ومرصد VIRGO. ومع ذلك ، كانت هذه الاكتشافات نتيجة عمليات دمج الثقوب السوداء حيث كانت الثقوب السوداء أصغر وأقل كتلة - بين ثمانية و 36 كتلة شمسية.
من ناحية أخرى ، تكون الثقوب السوداء فائقة الضخامة أكبر بكثير ومن المرجح أن تنتج توقيعًا أكبر لموجة الجاذبية لأنها تواصل التقارب مع بعضها البعض. وفي بضع مئات الملايين من السنين ، عندما يتم دمج هذه الأزواج في نهاية المطاف ، ستكون الطاقة الناتجة الناتجة عن الكتلة التي يتم تحويلها إلى موجات جاذبية لا تصدق.
في الوقت الحاضر ، لا تستطيع الكواشف مثل LIGO و Virgo اكتشاف موجات الجاذبية التي أنشأتها أزواج الثقب الأسود الهائل. يتم تنفيذ هذا العمل من خلال صفائف مثل مرصد Nanohertz لأمواج الجاذبية في أمريكا الشمالية (NANOGrav) ، والذي يعتمد على النجوم النابضة بالملي ثانية عالية الدقة لقياس تأثير موجات الجاذبية في الزمكان.
من المتوقع أيضًا أن يساعد هوائي الفضاء التداخلي الليزري المقترح (LISA) ، والذي سيكون أول كاشف مخصص لموجات الجاذبية الفضائية ، في البحث. في غضون ذلك ، استفادت أبحاث الموجات الجاذبية بالفعل بشكل كبير من الجهود التعاونية مثل تلك الموجودة بين Advanced LIGO و Advanced Virgo.
في المستقبل ، يتوقع العلماء أيضًا أنهم سيكونون قادرين على دراسة التصميمات الداخلية للمستعرات الأعظمية من خلال أبحاث الموجات التثاقلية. من المرجح أن يكشف هذا عن الكثير حول الآليات الكامنة وراء تكوين الثقب الأسود. بين كل هذه الجهود المستمرة والتطورات المستقبلية ، يمكننا أن نتوقع أن "نسمع" الكثير من الكون وأقوى القوى العاملة فيه.
تأكد من التحقق من هذه الرسوم المتحركة التي توضح الشكل الذي سيبدو عليه الاندماج النهائي لاثنين من أزواج الثقب الأسود ، بإذن من مرصد تشاندرا للأشعة السينية:
