باختصار
رصد العلماء ثقوبًا سوداء هائلة وأخرى نجمية، لكن الأجسام ذات الكتلة المتوسطة استعصت عليهم. وتشير الأبحاث الجديدة إلى أن معدل نمو الثقوب السوداء قد يفسر هذه الظاهرة، وأن الموجات الثقالية قد تسمح لنا بالعثور عليها.

الثقوب السوداء متوسطة الكتلة

على مر الأعوام، اكتشف علماء الفلك الثقوب السوداء النجمية بسهولة، وكانت صغيرة نسبيًا وتساوي كتلتها بضعة مرات كتلة الشمس أو أقل، واكتشفوا الثقوب السوداء الهائلة، التي تساوي كتلتها ملايين من كتلة الشمس، دون اكتشاف الثقوب السوداء متوسطة الكتلة، ما دفع العلماء إلى البحث في هذا الأمر. ويشير بحث جديد إلى أن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة قد لا تكون موجودة في كوننا الحديث لسبب بسيط جدًا: معدل نمو الثقوب السوداء.

ويعتقد العلماء أن الثقوب السوداء النجمية تتشكل عند موت النجوم الضخمة وانهيارها إلى الداخل. هذه هي الثقوب السوداء القياسية التي تنشأ عند موت النجوم، وهي ما نتخيله عندما نفكر في ملايين الثقوب السوداء التي تملأ كوننا. أما الثقوب السوداء الهائلة فهي تلك التي تشغل مراكز المجرات الكبيرة كمجرتنا درب التبانة. ومن ضمن أقدم الثقوب السوداء الهائلة المعروفة حتى الآن تلك التي اكتشفناها في العام 2015 -بنظرة إلى مرحلة مبكرة جدًا لكوننا، عندما كان عمره حوالي 875 مليون عام فحسب. وتشير الصورة العامة التي قدمتها نتائج دراسة الثقوب السوداء الهائلة حتى الآن إلى أن الأيام الأولى للكون كانت ملائمة أكثر لتشكل الثقوب السوداء الهائلة، لأن المادة كانت أكثر تركيزًا في كون أصغر بكثير من الآن.

حقوق الصورة: أوته كراوس / ويكيمديا كومونز
حقوق الصورة: أوته كراوس / ويكيمديا كومونز

تغيب عن هذه الصورة للثقوب السوداء في كوننا الثقوب السوداء متوسطة الكتلة -من 100 إلى 10,000 كتلة شمسية. ويأمل علماء الفلك أن يستطيعوا دراسة هذه الأجرام المراوغة لفهم أفضل لكيفية وصول الثقوب السوداء الهائلة إلى حجمها المذهل، وتأثيرها على الكون المحيط بها، لكنهم حتى الآن كانوا يخرجون بأدلة غير حاسمة. وتشير البحوث الجديدة إلى أن هذا قد يكون نتيجة لمعدل نمو الثقوب السوداء.

البحث باستخدام الموجات الثقالية

مع وضوح عملية ابتلاع الثقوب السوداء للنجوم بصورة أفضل، راقب العلماء معدل نمو الثقوب السوداء. وسمح لهم ذلك بتقدير المعدل بما يقارب معدل كتلة شمسية واحدة لكل 100 ألف عام. وعلى الرغم من أن هذا هو مجرد تقدير، وأنها قد تنمو بشكل أسرع إذا استهلكت المادة المظلمة أو الغاز، يفترض أن تكون هذه السرعة دقيقة نسبيًا، على اعتبار أنها تبتلع النجوم والمواد الكثيفة مثل النيوترونات والأقزام البيضاء فحسب. وهذا يعني أنه حتى الثقوب السوداء الصغيرة ذات الكتل النجمية ستنمو وتتجاوز مرحلة الكتلة المتوسطة خلال 10 مليارات عام. ويبلغ عمر الكون حوالي 13,8 مليار عام، لذلك إذا كان لمعظم الثقوب السوداء الوقت اللازم للوصول إلى المرحلة الهائلة، فمن المؤكد أنها بدأت في وقت مبكر من حياة الكون.

ويعترف الباحثون بصعوبة رصد الثقوب السوداء متوسطة الكتلة الموجودة حاليًا؛ لأنها قد تكون ضمن مجموعات كثيفة من النجوم، ما يعني صعوبة ملاحظة الضوء الذي تنتجه الأجرام التي تهلك فيها، والذي قد نخطئه لتشابهه مع ظواهر أخرى. والحل وفقًا للبحث الجديد، هو البحث ليس عن الضوء الذي يصلنا، بل عن الموجات الثقالية.

ويشير الباحثون إلى أن من بين الاكتشافات التي قد تكتشفها مهمة هوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي المطور (إليزا) المخطط لها في العام 2034 قد تكون الموجات الثقالية الناتجة عن اصطدام ثقبين أسودين متوسطي الكتلة. وإذا تمكنت إليزا من رصد ثقوب سوداء متوسطة الكتلة، فقد نستطيع اكتشاف أسرار الثقوب السوداء الهائلة والمادة المظلمة والطاقة المظلمة وكيفية توسع الكون.