علماء الفلك يبتكرون فئة حجم جديدة للثقوب السوداء الضخمة
القبة نيوز - هناك ثقوب سوداء هائلة وفائقة الكتلة، ويمكن أن يكون هناك شيء أكبر من الكتلة الهائلة: ثقوب سوداء هائلة الحجم، وفقا لآخر الأبحاث.
واستُكشفت مثل هذه الثقوب السوداء الافتراضية - التي تزيد كتلتها عن 100 مليار مرة كتلة الشمس - في ورقة بحثية جديدة تسميها SLABs، وهو اختصار يرمز إلى "Stupendously LArge Black holeS".
وأوضح عالم الفلك برنارد كار، من جامعة كوين ماري بلندن: "نحن نعلم بالفعل أن الثقوب السوداء موجودة على نطاق واسع من الكتل، مع وجود ثقب أسود هائل من 4 ملايين كتلة شمسية يقبع في مركز مجرتنا. وعلى الرغم من عدم وجود دليل حاليا على وجود SLABs، فمن الممكن تصور وجودها وقد تكون موجودة أيضا خارج المجرات في الفضاء بين المجرات، مع عواقب ملاحظة مثيرة للاهتمام".
وتحتوي الثقوب السوداء على عدد قليل من فئات الكتلة الواسعة إلى حد ما. وهناك ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية. وتلك هي الثقوب السوداء التي تدور حول كتلة نجم، حتى زهاء 100 كتلة شمسية.
أما الفئة التالية فهي الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة.
وتعد الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) أكبر بكثير، في حدود ملايين إلى مليارات من الكتل الشمسية. وهي تشمل SMBH الموجود في قلب مجرة درب التبانة، القوس A *، عند 4 ملايين كتلة شمسية، وM87 * عند 6.5 مليار كتلة شمسية.
وتتضمن الثقوب السوداء التي اكتشفت مؤخرا، وحشا مطلقا يسجل 40 مليار كتلة شمسية في مركز مجرة تدعى Holmberg 15A.
وقال كار: "ومع ذلك، من المدهش أن فكرة SLABs تم إهمالها إلى حد كبير حتى الآن. اقترحنا خيارات لكيفية تشكيل SLABs هذه، ونأمل أن يبدأ عملنا في تحفيز المناقشات بين المجتمع".
ولا يعرف العلماء تماما كيف تتشكل الثقوب السوداء الكبيرة وتنمو. ويقول أحد الاحتمالات إنها تتشكل في مجرتها المضيفة، ثم تنمو بشكل أكبر وأكبر عن طريق التهام مجموعة كبيرة من النجوم والغاز والغبار، وتصطدم بالثقوب السوداء الأخرى عندما تندمج المجرات.
ويحتوي هذا النموذج على حد أعلى يبلغ نحو 50 مليار كتلة شمسية - وهذا هو الحد الذي تتطلب عنده الكتلة الهائلة للجسم قرصا متناميا هائلا. ولكن هناك أيضا مشكلة كبيرة: العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في بدايات الكون عند كتل أكبر من أن تنمو بهذه العملية البطيئة نسبيا في الوقت، منذ الانفجار العظيم.
أما الاحتمال الآخر، فهو شيء يسمى الثقوب السوداء البدائية، اقتُرح لأول مرة في عام 1966. وتقول النظرية إن الكثافة المتغيرة للكون المبكر ربما أنتجت جيوبا كثيفة للغاية، بحيث انهارت في ثقوب سوداء. وهذه لن تخضع لقيود حجم الثقوب السوداء من النجوم المنهارة، ويمكن أن تكون صغيرة للغاية أو كبيرة بشكل هائل.
وبناء على نموذج الثقب الأسود البدائي، قام الفريق بحساب مدى ضخامة هذه الثقوب السوداء، بين 100 مليار و1 كوينتيليون (أي 18 صفرا) كتلة شمسية.
وقال الباحثون إن الغرض من الورقة البحثية هو النظر في تأثير مثل هذه الثقوب السوداء على الفضاء المحيط بها. وقد لا نكون قادرين على رؤية الألواح الخشبية مباشرة - الثقوب السوداء التي لا تراكم المواد غير مرئية، حيث لا يمكن للضوء الهروب من جاذبيتها - ولكن ما يزال من الممكن اكتشاف الأجسام الضخمة غير المرئية بناء على الطريقة التي يتصرف بها الفضاء من حولها.
وتعمل الجاذبية، على سبيل المثال، على انحناء الزمكان، ما يتسبب في انتقال الضوء عبر تلك المناطق لاتباع مسار منحنٍ؛ قال الفريق إن هذه تسمى عدسة الجاذبية، ويمكن استخدام التأثير للكشف عن SLABs في الفضاء بين المجرات.
وسيكون للأجسام الضخمة أيضا آثار على اكتشاف المادة المظلمة، الكتلة غير المرئية التي تضخ المزيد من الجاذبية في الكون أكثر مما ينبغي - بناء على ما يمكننا بالفعل اكتشافه مباشرة.
وتتراكم إحدى المواد المظلمة الافتراضية المرشحة، الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، في المنطقة المحيطة بـ SLAB بسبب الجاذبية الهائلة، في مثل هذه التركيزات التي ستصطدم مع بعضها البعض وتقضي على بعضها البعض، ما يخلق هالة من أشعة غاما.
وقال كار: "لا تستطيع الألواح الخشبية المظلمة أن توفر المادة المظلمة. ولكن إذا كانت موجودة على الإطلاق، فسيكون لها آثار مهمة على الكون المبكر وستجعل من المعقول أن الثقوب السوداء البدائية الأخف قد تفعل ذلك".
واستُكشفت مثل هذه الثقوب السوداء الافتراضية - التي تزيد كتلتها عن 100 مليار مرة كتلة الشمس - في ورقة بحثية جديدة تسميها SLABs، وهو اختصار يرمز إلى "Stupendously LArge Black holeS".
وأوضح عالم الفلك برنارد كار، من جامعة كوين ماري بلندن: "نحن نعلم بالفعل أن الثقوب السوداء موجودة على نطاق واسع من الكتل، مع وجود ثقب أسود هائل من 4 ملايين كتلة شمسية يقبع في مركز مجرتنا. وعلى الرغم من عدم وجود دليل حاليا على وجود SLABs، فمن الممكن تصور وجودها وقد تكون موجودة أيضا خارج المجرات في الفضاء بين المجرات، مع عواقب ملاحظة مثيرة للاهتمام".
وتحتوي الثقوب السوداء على عدد قليل من فئات الكتلة الواسعة إلى حد ما. وهناك ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية. وتلك هي الثقوب السوداء التي تدور حول كتلة نجم، حتى زهاء 100 كتلة شمسية.
أما الفئة التالية فهي الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة.
وتعد الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) أكبر بكثير، في حدود ملايين إلى مليارات من الكتل الشمسية. وهي تشمل SMBH الموجود في قلب مجرة درب التبانة، القوس A *، عند 4 ملايين كتلة شمسية، وM87 * عند 6.5 مليار كتلة شمسية.
وتتضمن الثقوب السوداء التي اكتشفت مؤخرا، وحشا مطلقا يسجل 40 مليار كتلة شمسية في مركز مجرة تدعى Holmberg 15A.
وقال كار: "ومع ذلك، من المدهش أن فكرة SLABs تم إهمالها إلى حد كبير حتى الآن. اقترحنا خيارات لكيفية تشكيل SLABs هذه، ونأمل أن يبدأ عملنا في تحفيز المناقشات بين المجتمع".
ولا يعرف العلماء تماما كيف تتشكل الثقوب السوداء الكبيرة وتنمو. ويقول أحد الاحتمالات إنها تتشكل في مجرتها المضيفة، ثم تنمو بشكل أكبر وأكبر عن طريق التهام مجموعة كبيرة من النجوم والغاز والغبار، وتصطدم بالثقوب السوداء الأخرى عندما تندمج المجرات.
ويحتوي هذا النموذج على حد أعلى يبلغ نحو 50 مليار كتلة شمسية - وهذا هو الحد الذي تتطلب عنده الكتلة الهائلة للجسم قرصا متناميا هائلا. ولكن هناك أيضا مشكلة كبيرة: العثور على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في بدايات الكون عند كتل أكبر من أن تنمو بهذه العملية البطيئة نسبيا في الوقت، منذ الانفجار العظيم.
أما الاحتمال الآخر، فهو شيء يسمى الثقوب السوداء البدائية، اقتُرح لأول مرة في عام 1966. وتقول النظرية إن الكثافة المتغيرة للكون المبكر ربما أنتجت جيوبا كثيفة للغاية، بحيث انهارت في ثقوب سوداء. وهذه لن تخضع لقيود حجم الثقوب السوداء من النجوم المنهارة، ويمكن أن تكون صغيرة للغاية أو كبيرة بشكل هائل.
وبناء على نموذج الثقب الأسود البدائي، قام الفريق بحساب مدى ضخامة هذه الثقوب السوداء، بين 100 مليار و1 كوينتيليون (أي 18 صفرا) كتلة شمسية.
وقال الباحثون إن الغرض من الورقة البحثية هو النظر في تأثير مثل هذه الثقوب السوداء على الفضاء المحيط بها. وقد لا نكون قادرين على رؤية الألواح الخشبية مباشرة - الثقوب السوداء التي لا تراكم المواد غير مرئية، حيث لا يمكن للضوء الهروب من جاذبيتها - ولكن ما يزال من الممكن اكتشاف الأجسام الضخمة غير المرئية بناء على الطريقة التي يتصرف بها الفضاء من حولها.
وتعمل الجاذبية، على سبيل المثال، على انحناء الزمكان، ما يتسبب في انتقال الضوء عبر تلك المناطق لاتباع مسار منحنٍ؛ قال الفريق إن هذه تسمى عدسة الجاذبية، ويمكن استخدام التأثير للكشف عن SLABs في الفضاء بين المجرات.
وسيكون للأجسام الضخمة أيضا آثار على اكتشاف المادة المظلمة، الكتلة غير المرئية التي تضخ المزيد من الجاذبية في الكون أكثر مما ينبغي - بناء على ما يمكننا بالفعل اكتشافه مباشرة.
وتتراكم إحدى المواد المظلمة الافتراضية المرشحة، الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs)، في المنطقة المحيطة بـ SLAB بسبب الجاذبية الهائلة، في مثل هذه التركيزات التي ستصطدم مع بعضها البعض وتقضي على بعضها البعض، ما يخلق هالة من أشعة غاما.
وقال كار: "لا تستطيع الألواح الخشبية المظلمة أن توفر المادة المظلمة. ولكن إذا كانت موجودة على الإطلاق، فسيكون لها آثار مهمة على الكون المبكر وستجعل من المعقول أن الثقوب السوداء البدائية الأخف قد تفعل ذلك".
