موجات الجاذبية: اكتشف علماء الفلك وجود ثقب أسود هائل في الفضاء

موجات الجاذبية: اكتشف علماء الفلك وجود ثقب أسود هائل لدرجة أنهم لم يكونوا متأكدين من إمكانية وجوده

من أعظم الأشياء في كونك عالم فيزياء فلكية هو أنك تستمر في اكتشاف أشياء لم تكن تعتقد أنها ممكنة. اكتشف مرصد موجات الجاذبية بالليزر ليجو ومرصد العذراء الآن أكبر ثقب أسود لهما حتى الآن. إنه أمر مهم لأن العلماء شككوا بالفعل في إمكانية وجود ثقوب سوداء بهذه الكتلة

بعد شهور من التحليل المضني ، أعلن الفريق للتو عن اكتشافهم في أوراق بحثية في مجلة Physical Review Letters و Astrophysical Journal Letters

تم اكتشاف الثقب الأسود لأن اندماجه مع رفيق أقل كتلة قليلًا انبعث منه موجات ثقالية. هذه تموجات في الزمان يمكن اكتشافها على الأرض - أصداء الاصطدامات الكونية العنيفة التي حدثت في هذه الحالة منذ مليارات السنين

النتائج مهمة للغاية من منظور البحث. كما أنه يضع رهانًا بين علماء الفيزياء الفلكية. في فبراير 2017 ، التقى عدد منا في مركز آسبن للفيزياء في كولورادو بالولايات المتحدة الأمريكية. كنا متحمسين لمناقشة النتائج التي حصلنا عليها بالفعل من ليجو. لكننا كنا نتطلع أيضًا إلى الإكتشافات المستقبلية والجدل حول كيفية اندماج أزواج من الثقوب السوداء بالفعل

كانت هناك أفكار متعددة قيد المناقشة. أحدهما أن أزواج النجوم الضخمة تتطور تدريجياً جنبًا إلى جنب حتى ينهار كلاهما في ثقوب سوداء ويندمج في النهاية. وهناك سبب آخر وهو أن الثقوب السوداء التي لم تكن معروفة من قبل يمكن أن تتجمع من خلال صراع حشد من النجوم الأخرى في مناطق نجمية كثيفة. ولكن ما هي العملية الرئيسية؟ جمعت العديد من المشاركين معًا لعمل رهان ، كما هو موضح في الصورة أدناه

الموت النجمي العنيف

في نهاية حياتهم - عندما تنفد النجوم من الوقود النووي ولم يعد لديها ضغط داعم لمواجهة جاذبيتها - فإنها تنهار. النجوم ذات الكتلة المنخفضة ، بما في ذلك شمسنا ، تتحول في النهاية إلى أشباح نجمية خافتة تُعرف باسم "الأقزام البيضاء". النجوم التي بدأت أثقل من حوالي ثمانية أضعاف كتلة الشمس تصبح كثيفة بشكل لا يصدق وأجرام صغيرة تسمى النجوم النيوترونية. والنجوم الضخمة التي تزيد كتلتها عن 20 كتلة شمسية عند الولادة تصبح ثقوبًا سوداء ، مع كتل نهائية تتراوح بين بضع وحوالي 40 كتلة شمسية

لكن منذ فترة طويلة يُعتقد أن شيئًا غريبًا يحدث لنجوم ضخمة جدًا ، ربما تلك التي تتراوح كتلتها الأولية بين حوالي 130 و 250 كتلة شمسية ، والتي تصبح مراكزها ساخنة جدًا (حوالي مليار درجة كلفن) في وقت متأخر من تطورها. الضوء الذي يرتد داخل هذه النجوم ، ويوفر الكثير من دعم الضغط ، نشيط للغاية بحيث يمكن أن يتحول إلى أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات (البوزيترونات هي نظائر المادة المضادة للإلكترون - فهي متطابقة تقريبًا ولكن لها شحنة معاكسة)

وهذا بدوره يجعل النجم غير مستقر: ينخفض ​​الضغط فجأة ، ويتقلص مركز النجم ويزداد سخونة ، ويؤدي الاندماج النووي الجامح إلى انفجار النجم بأكمله في مستعر أعظم ساطع "عدم الإستقرار الزوجي" ، دون ترك أي بقايا وراءه

هذا يعني أنه إذا تم إنشاء جميع الثقوب السوداء في الأزواج المندمجة عن طريق النجوم المنهارة ، فلا ينبغي أن يكون هناك ثقوب سوداء كتلتها بين 55 و 130 كتلة شمسية - النجوم التي كان من الممكن أن تنتج مثل هذه البقايا كانت ستنتهي بحياتها في انفجارات تتركها لا شيء في الخلف. ومع ذلك ، يمكن تكوين ثقوب سوداء أكثر ضخامة من النجوم الأثقل (التي تزيد كتلتها عن 250 كتلة شمسية) والتي لا تخضع لنفس الاندماج النووي الجامح ، وتنهار تمامًا في الثقوب السوداء

لكن هذا لن يكون هو الحال بالنسبة للثقوب السوداء المندمجة في حشد من الناس. عندما يندمج ثقبان أسودان ، فإنهما يخلقان ثقبًا أسودًا آخر ، يكاد يكون بنفس ثقل مجموع كتلتيهما. إذا ظل هذا الثقب الأسود في بيئة كثيفة ، فيمكنه الاندماج مرة أخرى ، مما يؤدي إلى ظهور ثقوب سوداء أكثر ضخامة من مجموعة من الأحجام ، مما يملأ فجوة الكتلة. هذا ما دفعنا للتوقيع على هذا الرهان في آسبن: هل سنجد ثقبًا أسود مدمجًا بكتلة بين 55 و 130 كتلة شمسية أم لا؟

سد الفجوة أو الكتلة

عبارة عن اندماج بين ثقبين أسودين ضخمين للغاية ، وهما أثقل ثقبين تم رصدهما حتى الآن من خلال موجات الجاذبية. الكتلة الأثقل ، التي تم قياسها لتكون بين 71 و 106 كتلة شمسية (بنسبة ثقة 90 ٪) ، تقع مباشرة في فجوة الكتلة. يبدو أن هذا يشير إلى أن الثقوب السوداء تندمج بالفعل بشكل متكرر.

لم أشارك في هذا القياس الرائع. ولكن من قبيل الصدفة التي أتيحت لي الفرصة لأحكم إحدى أوراق الاكتشاف ، مما يعني أنني الآن مستعد جيدًا لأداء واجباتي كحكم للرهان. أول أمر لي في عملي هو الفصل في الرهان لصالح شاتيرجي ورودريجوز وكذلك فريد راسيو من جامعة نورث ويسترين بالولايات المتحدة ، والذي انضم إلى الفائزين النهائيين في ملحق بعد توقيع الرهان الأصلي

تهانينا للفائزين المستحقين - وليتمتعوا بالنبيذ المستحق لهم ، ومتعة إثبات صحتهم. الرهان الذي يتم حله ، بند مهمتي التالية ، إلى جانب العديد من علماء الفيزياء الفلكية الآخرين حول العالم ، هو البدء في التفكير في الآثار المترتبة على هذه الملاحظة الثورية

هل هذا هو العرض النهائي للثقوب السوداء التي تندمج بشكل متكرر في مجموعة كثيفة من النجوم؟ هل كان بإمكاننا تقدير حدود فجوة الكتلة بشكل غير صحيح بسبب عدم اليقين في التفاعلات النووية الرئيسية؟ هل يمكن أن يحدث الاندماج بطرق مختلفة تمامًا لم نفكر فيها؟

قامت فرق ليجو فيرجو مرة أخرى بعمل رائع باستخدام أدواتهم وتحليل البيانات ، وحصلوا على نتيجة رائعة غير متوقعة. بالنسبة لبقية مجتمع الفيزياء الفلكية ، فإن متعة فهمها ليست سوى البداية. ولهذا السبب ، في مثل هذه الرهانات العلمية ، يكون الجميع فائزًا حقًا

The Conversation