باستخدام نموذج كمبيوتر جديد ، قرر الفلكيون أن الثقب الأسود في مركز مجرة M87 هو على الأقل ضعف حجمه كما كان يعتقد سابقًا. يبلغ وزنها 6.4 مليار ضعف كتلة الشمس ، وهي أكبر ثقب أسود تم قياسه حتى الآن ، ويشير هذا النموذج الجديد إلى أن كتل الثقب الأسود المقبولة في المجرات الكبيرة القريبة الأخرى قد تكون متوقفة بكميات مماثلة. ويترتب على ذلك عواقب نظريات كيفية تشكل المجرات ونموها ، وقد يحل حتى مفارقة فلكية طويلة الأمد.
قام الفلكيان كارل جيبهاردت من جامعة تكساس في أوستن وجينز توماس من معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها يوم الاثنين في مؤتمر الجمعية الفلكية الأمريكية في باسادينا ، كاليفورنيا.
لمحاولة فهم كيفية تشكل المجرات ونموها ، يبدأ الفلكيون بالمعلومات الأساسية عن المجرات اليوم ، مثل ما تتكون منها ، ومقدارها ، ووزنها. يقيس علماء الفلك هذه الفئة الأخيرة ، كتلة المجرة ، من خلال تسجيل سرعة النجوم التي تدور حول المجرة.
قال توماس إن دراسات الكتلة الكلية مهمة ، لكن "النقطة الحاسمة هي تحديد ما إذا كانت الكتلة في الثقب الأسود ، أو النجوم ، أو الهالة المظلمة. يجب عليك تشغيل نموذج متطور لتتمكن من اكتشاف أيهما. كلما زاد عدد المكونات لديك ، كان النموذج أكثر تعقيدًا ".
لنموذج M87 ، استخدم جيهباردت وتوماس أحد أقوى الحواسيب الفائقة في العالم ، وهو نظام لونستار في جامعة تكساس في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة في أوستن. Lonestar هو مجموعة Dell Linux مع 5،840 مركز معالجة ويمكنه تنفيذ 62 تريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية. (يحتوي كمبيوتر الكمبيوتر المحمول المتطور اليوم على مركزين ويمكنه تنفيذ ما يصل إلى 10 مليار عملية عائمة في الثانية.)
كان نموذج جيباردت وجينز لـ M87 أكثر تعقيدًا من النماذج السابقة للمجرة ، لأنه بالإضافة إلى نمذجة نجومها وثقبها الأسود ، فإنها تأخذ في الاعتبار "الهالة المظلمة" للمجرة ، وهي منطقة كروية تحيط بمجرة تتجاوز مجرتها الرئيسية بنية مرئية ، تحتوي على "المادة المظلمة" الغامضة للمجرة.
قال جبهارت: "في الماضي ، كنا دائمًا نعتبر الهالة المظلمة مهمة ، لكن لم يكن لدينا موارد الحوسبة لاستكشافها أيضًا". "كنا قادرين فقط على استخدام النجوم والثقوب السوداء من قبل. في حالة الهالة المظلمة ، تصبح باهظة التكلفة من الناحية الحسابية ، عليك أن تذهب إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة. "
كانت نتيجة لونستار كتلة للثقب الأسود لـ M87 عدة مرات مما وجدته النماذج السابقة. قال غيبهاردت: "لم نتوقع ذلك على الإطلاق". لقد أراد هو وجينز ببساطة اختبار نموذجهما على "أهم مجرة هناك" ، على حد قوله.
كانت M87 واحدة من أولى المجرات التي تم اقتراحها لإيواء ثقب أسود مركزي قبل ما يقرب من ثلاثة عقود. كما أن لديها نفاثة نشطة لإطلاق النار من قلب المجرة حيث تدور المادة بالقرب من الثقب الأسود ، مما يسمح لعلماء الفلك بدراسة العملية التي تجذب بها الثقوب السوداء المادة. وقال غيبهاردت إن كل هذه العوامل تجعل M87 "مرتكزا لدراسات الثقوب السوداء الهائلة".
هذه النتائج الجديدة لـ M87 ، جنبًا إلى جنب مع تلميحات من دراسات حديثة أخرى وملاحظات التلسكوب الأخيرة الخاصة به (المنشورات قيد الإعداد) ، تدفعه إلى الشك في أن جميع كتل الثقب الأسود لأكبر المجرات يتم التقليل من شأنها.
وقال توماس إن هذا الاستنتاج "مهم لكيفية ارتباط الثقوب السوداء بالمجرات". "إذا قمت بتغيير كتلة الثقب الأسود ، فإنك تغير كيفية ارتباط الثقب الأسود بالمجرة." هناك علاقة وثيقة بين المجرة وثقبها الأسود مما سمح للباحثين باستكشاف فيزياء كيفية نمو المجرات على مدار الكونية. ستؤدي زيادة كتل الثقب الأسود في أكثر المجرات الضخمة إلى إعادة تقييم هذه العلاقة.
يمكن للكتل الأعلى للثقوب السوداء في المجرات القريبة أيضًا أن تحل مفارقة تتعلق بكتل النجوم الزائفة - وهي ثقوب سوداء نشطة في مراكز المجرات البعيدة للغاية ، تُرى في حقبة كونية سابقة. تتألق النجوم الزائفة بشكل ساطع عندما تتصاعد المواد ، وتنبعث منها إشعاعات غزيرة قبل عبور أفق الحدث (المنطقة التي لا يمكن لأي شيء - حتى الضوء - الهروب منها)
قال جيبهاردت "هناك مشكلة طويلة الأمد في أن كتل الثقب الأسود الكوازارية كانت كبيرة جدًا - 10 مليارات كتلة شمسية". "لكن في المجرات المحلية ، لم نر قط ثقوبًا سوداء بهذا الحجم ، ليس تقريبًا. كان الشك قبل أن كتل الكوازار كانت خاطئة. ولكن "إذا قمنا بزيادة كتلة M87 مرتين أو ثلاث مرات ، فإن المشكلة تختفي تقريبًا".
تستند استنتاجات اليوم إلى النموذج ، ولكن قام جبهاردت أيضًا برصد تلسكوب جديد لـ M87 وغيرها من المجرات باستخدام أدوات قوية جديدة على تلسكوب Gemini North والمرصد الجنوبي الأوروبي الكبير للغاية. وقال إن هذه البيانات ، التي سيتم تقديمها للنشر قريبًا ، تدعم الاستنتاجات الحالية القائمة على النموذج حول كتلة الثقب الأسود.
من أجل رصد التلسكوبات المستقبلية للهالات السوداء المجرة ، يلاحظ جيبهارت أن أداة جديدة نسبيًا في جامعة تكساس في مرصد ماكدونالدز أوستن مثالية. وقال "إذا كنت بحاجة إلى دراسة الهالة للحصول على كتلة الثقب الأسود ، فليس هناك أداة أفضل من VIRUS-P". الصك هو مطياف. إنه يفصل الضوء عن الأجسام الفلكية إلى أطوال موجية مكونة ، مما يخلق توقيعًا يمكن قراءته لمعرفة مسافة الجسم وسرعته وحركته ودرجة حرارته والمزيد.
VIRUS-P جيد لدراسات الهالة لأنه يمكن أن يأخذ أطيافًا على مساحة كبيرة جدًا من السماء ، مما يسمح لعلماء الفلك بالوصول إلى مستويات الإضاءة المنخفضة جدًا على مسافات كبيرة من مركز المجرة حيث تهيمن الهالة المظلمة. إنه نموذج أولي ، تم بناؤه لاختبار التكنولوجيا التي تدخل في مطياف VIRUS الأكبر لتجربة الطاقة المظلمة Hobby-Eberly Telescope القادمة (HETDEX).
المصادر: AAS ، مرصد ماكدونالد
