أصل الثقوب السوداء.. نظرية جديدة

كل مجرة في الكون تحتوي على ثقب أسود فائق الكتلة في مركزها ولذلك يمكن أن تصل كتلتها أحيانا إلى 10 آلاف مرة كتلة الشمس

كشفت عمليات محاكاة حاسوبية أجراها علماء الفيزياء الفلكية في جامعة توهوكو باليابان، نظرية جديدة لأصل الثقوب السوداء الهائلة.

وتنمو الثقوب السوداء الهائلة وفق هذه النظرية، عن طريق ابتلاع الغاز والنجوم الصغيرة، وهذا ما يفسر العدد الكبير من الثقوب السوداء الهائلة التي لوحظت في الفترة الأخيرة.

وتحتوي كل مجرة في الكون الحديث تقريبًا على ثقب أسود فائق الكتلة في مركزها، ويمكن أن تصل كتلتها في بعض الأحيان إلى ما يصل إلى 10 آلاف مرة كتلة الشمس، ومع ذلك، لا يزال أصلها أحد أسرار الفلك العظيمة.

والنظرية الشائعة هي نموذج الانهيار المباشر، حيث تنهار الغيوم البدائية للغاز بين النجوم تحت الجاذبية الذاتية لتكوين نجوم فائقة الكتلة تتطور بعد ذلك إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة.

لكن الدراسات السابقة أظهرت أن الانهيار المباشر يعمل فقط مع الغاز البكر الذي يتكون من الهيدروجين والهيليوم فقط، بالإضافة إلى تغيير العناصر الأثقل مثل الكربون والأكسجين من ديناميكيات الغاز.

التكوين السابق يتسبب في تفكك الغاز المنهار إلى سحب صغيرة تشكل نجومًا خاصة بها، بدلاً من عدد قليل من النجوم فائقة الكتلة، ولا يمكن للانهيار المباشر من الغاز البكر وحده تفسير العدد الكبير من الثقوب السوداء الهائلة التي نشهدها اليوم.

وخلال الدراسة التي نشرت، الثلاثاء، في دورية "الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية"، استخدم سونميون تشون، زميل ما بعد الدكتوراه في الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم وجامعة توهوكو وفريقه البحثي، المرصد الفلكي الوطني للحاسوب العملاق الياباني "ATERUI II" لإجراء محاكاة طويلة المدى ثلاثية الأبعاد لاختبار إمكانية تشكل النجوم فائقة الكتلة في ظروف الغازات الغنية بالعناصر الثقيلة.

كان من الصعب محاكاة تشكيل النجوم في السحب الغازية بما في ذلك العناصر الثقيلة نتيجة التكلفة الحاسوبية لمحاكاة الانقسام العنيف للغاز، ولكن التقدم في قوة الحوسبة، وتحديدًا سرعة الحساب العالية لـ"ATERUI II"، سمح للفريق التغلب على هذا التحدي، حبث تتيح هذه المحاكاة الجديدة دراسة تكوين النجوم من سحب الغاز بمزيد من التفصيل.

وعلى عكس التوقعات السابقة، وجد فريق البحث أن النجوم الفائقة الكتلة يمكن أن تتكون من غيوم غازية غنية بالعناصر الثقيلة.

وكما هو متوقع، تنفجر سحابة الغاز بعنف ويتشكل العديد من النجوم الأصغر، وفي وجود تدفق غاز قوي نحو مركز السحابة، يتم سحب النجوم الأصغر حجمًا بواسطة هذا التدفق وتبتلعها النجوم الضخمة في المركز، وبالفعل أدت المحاكاة إلى تكوين نجم ضخم أكبر بـ10 آلاف مرة من الشمس.

ويقول سونميون تشون، زميل ما بعد الدكتوراه في الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم في تقرير نشره الموقع الإلكتروني للجمعية بالتزامن مع نشر الدراسة: "نعتقد أن النجم العملاق الذي تشكل على هذا النحو سيستمر في النمو والتطور حتى يصل إلى ثقب أسود عملاق، وهذه هي المره الأولى التي تجرى فيها مثل هذه الدراسات".