اكتشاف ثلاثي نادر: ثلاثة ثقوب سوداء هائلة في مجرة واحدة تعود إلى فجر الكون

الثلاثة ثقوب سوداء: الكتل والمواقع

باستخدام علاقات فيريالية فردية الزمن، قدر علماء الفلك كتل الثقوب السوداء الثلاثة:

• الثقب الأسود المركزي الأساسي: log(M☉) = 7.9 ± 0.4، أو ما يقرب من 80 مليون كتلة شمسية
• الثقب الأسود المركزي الثانوي: log(M☉) = 5.8 ± 0.5، أو ما يقرب 600 ألف كتلة شمسية
• الثقب الأسود الخارجي: log(M☉) = 6.3 ± 0.4، أو حوالي 2 مليون كتلة شمسية

يؤكد مؤلفو الدراسة أن تقديرات الكتلة هذه تحمل قدرًا كبيرًا من عدم اليقين - فالنتيجة الأساسية هي اكتشاف ثلاثة ثقوب سوداء ضخمة نشطة، وليس الأرقام الدقيقة لكتلها .

اثنان من الثقوب السوداء يقعان بالقرب من بعضهما في مركز المجرة، ويفصل بينهما 620 سنة ضوئية فقط في الإسقاط. أما الثقب الأسود الثالث فيقع في المنطقة الخارجية للمجرة، على بعد حوالي 5,500 سنة ضوئية من المركز .

النمو في الكون المبكر وطريق اندماج الثقوب السوداء

تقدم مجرة J0148-4214 نافذة فريدة على كيفية نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة بسرعة في بدايات الكون. يشير النظام إلى أن عمليات الاندماج والتفاعلات بين المجرات كانت فعالة في تقريب الثقوب السوداء الضخمة لبعضها، مما يوفر طريقًا سريعًا لنموها المتسارع . هذا هو أول دليل على وجود أنظمة ثلاثية للثقوب السوداء في غضون أول 1.2 مليار سنة من التاريخ الكوني.

من المتوقع أن يندمج الثقبان الأسودان المركزيان، اللذان يفصل بينهما 620 سنة ضوئية فقط، في النهاية. هذا الثنائي القريب يهيئ المسرح لاندماجات الثقوب السوداء الهائلة التي صُممت مراصد موجات الجاذبية المستقبلية مثل هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي (LISA) لاكتشافها. يُظهر الاكتشاف أن مثل هذه الأزواج القريبة كانت موجودة في وقت أبكر بكثير مما كان معروفًا سابقًا .

يقول هانا أوبلر، قائد مجموعة الأبحاث في معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض والمؤلف الرئيسي للدراسة: "هذا أول دليل على وجود ثلاثة ثقوب سوداء نشطة في مجرة واحدة في الكون البعيد" .

ماذا يعني هذا لرصد موجات الجاذبية؟

يفصل بين الثقبين الأسودين المركزيين في مجرة J0148-4214 بضع مئات من الفراسخ فقط، مما يعني أنهما مرتبطان جاذبيًا وفي مسار تصادمي. عندما يندمجان في النهاية، سينتجان موجات جاذبية يمكن اكتشافها بواسطة مراصد فضائية مثل LISA، المصمم لرصد اندماجات الثقوب السوداء الهائلة. يُظهر الاكتشاف أن مثل هذه الأزواج القريبة كانت موجودة في وقت أبكر بكثير في التاريخ الكوني مما كان معروفًا، مما يمنح علماء فلك الموجات الثقالية هدفًا واضحًا ويؤكد أن الكون المبكر كان بيئة مزدحمة باندماجات الثقوب السوداء .

لماذا هذا الاكتشاف مهم؟

• الأول من نوعه: لم يتم تأكيد وجود مجرة في الكون المبكر تستضيف ثلاثة ثقوب سوداء فائقة الكتلة في حالة ازدياد نشط من قبل.
• النمو السريع: يشير النظام إلى أن اندماجات المجرات وتفاعلاتها كانت فعالة في تقريب الثقوب السوداء لبعضها، مما يفسر كيف يمكنها النمو بهذه السرعة بعد الانفجار العظيم.
• مؤشر لموجات الجاذبية: يمثل الزوج المركزي القريب اندماجًا محتملاً لثقبين أسودين في المستقبل، مما يوفر مختبرًا طبيعيًا لدراسة الأحداث التي سيكتشفها مرصد LISA.
• قدرة جيمس ويب الفريدة: لم يكن هذا الاكتشاف ممكنًا لولا قدرة تلسكوب جيمس ويب على التحليل الطيفي ذي الدقة المكانية، والذي يمكنه تمييز عدة نوى مجرية نشطة في مجرات خافتة وبعيدة .

نُشرت النتائج في بحث أولي على موقع arXiv.org تحت عنوان "BlackTHUNDER: أدلة على وجود ثلاثة ثقوب سوداء ضخمة في مجرة عند انزياح أحمر z~5" .

ماذا بعد؟

يخطط علماء الفلك لإجراء ملاحظات متابعة إضافية باستخدام جيمس ويب لدراسة ديناميكيات النظام بمزيد من التفصيل والبحث عن مجرات مماثلة تحتوي على ثلاثة ثقوب سوداء في مناطق أخرى من الكون المبكر. يفتح هذا الاكتشاف فصلاً جديدًا في فهم كيفية نشوء أكبر الأجرام في الكون وكيف تستمر في تشكيله من خلال عمليات الاندماج.