[/شرح]
باستخدام نموذج حاسوبي جديد ، حدد علماء الفلك أن الثقب الأسود في مركز مجرة M87 أكبر بمرتين مما كان يُعتقد سابقًا. يبلغ وزنه 6.4 مليار ضعف كتلة الشمس ، وهو أضخم ثقب أسود تم قياسه حتى الآن ، ويشير هذا النموذج الجديد إلى أن كتل الثقب الأسود المقبولة في المجرات الكبيرة الأخرى القريبة قد تكون بعيدة عن بعضها بكميات مماثلة. هذا له عواقب على نظريات كيفية تشكل المجرات ونموها ، وقد يحل حتى مفارقة فلكية طويلة الأمد.
قام علماء الفلك كارل جيبهارت 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 علماء الفلك بالمعلومات الأساسية حول المجرات اليوم ، مثل مكوناتها ، وحجمها ، ومقدار وزنها. يقيس علماء الفلك هذه الفئة الأخيرة ، كتلة المجرة ، عن طريق قياس سرعة النجوم التي تدور في مدار داخل المجرة.
قال توماس إن دراسات الكتلة الكلية مهمة ، لكن 'النقطة الحاسمة هي تحديد ما إذا كانت الكتلة موجودة في الثقب الأسود ، أو النجوم ، أو الهالة المظلمة. عليك تشغيل نموذج معقد لتتمكن من اكتشاف أيهما. كلما زاد عدد المكونات لديك ، زاد تعقيد النموذج '.
لنمذجة M87 ، استخدم Gebhardt و Thomas أحد أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم ، وهو نظام Lonestar في جامعة تكساس في مركز تكساس المتقدم للحوسبة في أوستن. Lonestar عبارة عن مجموعة Linux من Dell تحتوي على 5840 نواة معالجة ويمكنها تنفيذ 62 تريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية. (يحتوي الكمبيوتر المحمول الأفضل من نوعه اليوم على مركزين ويمكنه أداء ما يصل إلى 10 مليارات عملية فاصلة عائمة في الثانية.)
كان نموذج M87 الذي ابتكره جيبهاردت وجينز أكثر تعقيدًا من النماذج السابقة للمجرة ، لأنه بالإضافة إلى نمذجة نجومها وثقبها الأسود ، فإنه يأخذ في الاعتبار 'الهالة المظلمة' للمجرة ، وهي منطقة كروية تحيط بمجرة تمتد إلى ما وراء نطاقها الرئيسي. هيكل مرئي ، يحتوي على 'المادة المظلمة' الغامضة للمجرة.
قال جيبهاردت: 'في الماضي ، اعتبرنا دائمًا أن الهالة المظلمة مهمة ، لكن لم تكن لدينا موارد الحوسبة لاستكشافها أيضًا'. لم نتمكن من استخدام النجوم والثقوب السوداء إلا من قبل. برميها في الهالة المظلمة ، تصبح مكلفة للغاية من الناحية الحسابية ، عليك أن تذهب إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة '.
كانت نتيجة Lonestar كتلة للثقب الأسود لـ M87 عدة مرات مما وجدته النماذج السابقة. قال جيبهارت: 'لم نتوقع ذلك على الإطلاق'. لقد أراد هو وجينز ببساطة اختبار نموذجهم على 'أهم مجرة هناك' ، على حد قوله.
كانت M87 ضخمة للغاية وقريبة بشكل ملائم (من الناحية الفلكية) ، وكانت واحدة من أوائل المجرات التي اقترح أن تؤوي ثقبًا أسودًا مركزيًا منذ ما يقرب من ثلاثة عقود. كما أن لديها نفاثًا نشطًا يطلق الضوء من قلب المجرة بينما تدور المادة بالقرب من الثقب الأسود ، مما يسمح لعلماء الفلك بدراسة العملية التي من خلالها تجذب الثقوب السوداء المادة. قال جيبهاردت إن كل هذه العوامل تجعل M87 'مرساة دراسات الثقوب السوداء الهائلة'.
هذه النتائج الجديدة لـ M87 ، جنبًا إلى جنب مع تلميحات من دراسات حديثة أخرى وملاحظاته الخاصة بالتلسكوب الأخيرة (المنشورات قيد التحضير) ، دفعته إلى الشك في أن جميع كتل الثقوب السوداء لمعظم المجرات الضخمة قد تم التقليل من شأنها.
قال توماس إن هذا الاستنتاج 'مهم لكيفية ارتباط الثقوب السوداء بالمجرات'. 'إذا قمت بتغيير كتلة الثقب الأسود ، فإنك تغير علاقة الثقب الأسود بالمجرة.' هناك علاقة وثيقة بين المجرة وثقبها الأسود والتي سمحت للباحثين بسبر الفيزياء عن كيفية نمو المجرات عبر الزمن الكوني. ستؤدي زيادة كتل الثقب الأسود في أكثر المجرات ضخامة إلى إعادة تقييم هذه العلاقة.
يمكن للكتل الكبيرة للثقوب السوداء في المجرات القريبة أن تحل أيضًا مفارقة تتعلق بكتل الكوازارات - الثقوب السوداء النشطة في مراكز المجرات البعيدة للغاية ، والتي شوهدت في حقبة كونية سابقة. تتألق الكوازارات بشكل لامع عندما تتصاعد المادة إلى الداخل ، مما يعطي إشعاعًا غزيرًا قبل عبور أفق الحدث (المنطقة التي لا يمكن لأي شيء - ولا حتى الضوء - الهروب منها).
قال جيبهاردت: 'هناك مشكلة طويلة الأمد تتمثل في أن كتل الثقب الأسود الكوازاري كانت كبيرة جدًا - 10 مليارات كتلة شمسية'. لكن في المجرات المحلية ، لم نرَ ثقوبًا سوداء بهذه الضخامة ، وليس تقريبًا. كان الشك من قبل أن كتل الكوازار كانت مخطئة. ولكن 'إذا زدنا كتلة M87 مرتين أو ثلاث مرات ، فإن المشكلة تكاد تختفي.'
تستند استنتاجات اليوم إلى نموذج ، لكن Gebhardt قام أيضًا بعمل ملاحظات تلسكوبية جديدة لـ M87 ومجرات أخرى باستخدام أدوات قوية جديدة على تلسكوب Gemini North والتلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي. وقال إن هذه البيانات ، التي سيتم تقديمها للنشر قريبًا ، تدعم الاستنتاجات الحالية القائمة على النموذج حول كتلة الثقب الأسود.
بالنسبة لملاحظات التلسكوب المستقبلية للهالات المجرية المظلمة ، يلاحظ جيبهارت أن أداة جديدة نسبيًا في جامعة تكساس في مرصد ماكدونالد في أوستن مثالية. قال: 'إذا كنت بحاجة إلى دراسة الهالة للحصول على كتلة الثقب الأسود ، فلا توجد أداة أفضل من VIRUS-P'. الأداة عبارة عن مطياف. إنه يفصل الضوء من الأجسام الفلكية إلى أطوال موجات مكونة ، مما يخلق توقيعًا يمكن قراءته لمعرفة مسافة الجسم وسرعته وحركته ودرجة حرارته وغير ذلك.
يعد VIRUS-P مفيدًا لدراسات الهالة لأنه يمكن أن يأخذ أطيافًا فوق مساحة كبيرة جدًا من السماء ، مما يسمح لعلماء الفلك بالوصول إلى مستويات الإضاءة المنخفضة جدًا على مسافات كبيرة من مركز المجرة حيث تسود الهالة المظلمة. إنه نموذج أولي تم إنشاؤه لاختبار التكنولوجيا التي تدخل في مطياف VIRUS الأكبر من أجل تجربة الطاقة المظلمة Hobby-Eberly Telescope القادمة (HETDEX).
المصادر: أعمال الكرسي الرسولي ، مرصد ماكدونالد