جنون الوليمة الكونية

بينما ترتوي بعض الثقوب السوداء بخفة، يلتهم بعضها الآخر غذائه بعنف. في عام ٢٠١٨، رصدت مسوحات السماء انفجارًا ازداد سطوعه أربعين ضعفًا خلال بضعة أشهر، وفي ذروته، أشرق بضوء يقارب عشرة تريليونات شمس.

يُعد هذا الوهج الآن أقوى وأبعد وهج ثقب أسود تم تسجيله على الإطلاق.

يقع الجاني على بُعد عشرة مليارات سنة ضوئية في مجرةٍ يحتضن مركزها نواةً مجريّةً نشطةً تُسمى J2245+3743. ثقبها الأسود المركزي ثقيلٌ جدًا، إذ تبلغ كتلته حوالي 500 مليون ضعف كتلة شمسنا.أكبر وألمع توهج للثقب الأسود الذي تم رصده على الإطلاق يكشف عن جنون التغذية الكونية

توهج الثقب الأسود J2245+3743

لأن الكون يتمدد، فإن الأحداث البعيدة لا تبدو بعيدة فحسب، بل إنها تتكرر بحركة بطيئة. فبينما ينتقل الضوء إلينا عبر الفضاء الممتد، يطول طوله الموجي ويبدو الزمن وكأنه يتمدد. وهذا مهم بالنسبة لـ J2245+3743.

يمكن للمسوحات طويلة الأمد مثل ZTF واستطلاع Catalina Real-Time Transient Survey تتبع القوس الكامل لحدث يتكشف بشكل أسرع محليًا.

قال غراهام: “سبع سنوات هنا، سنتان هناك. نشاهد الحدث يتكرر بسرعة البرق”.

لقد بدأ الوهج الصادر من الثقب الأسود البعيد في التلاشي ولكنه لا يزال مستمراً – لفترة كافية للسماح لعلماء الفلك باختبار واستبعاد العديد من التفسيرات المتنافسة.

J2245+3743 يحطم الأرقام القياسية

النوى المجرية النشطة مضيئة بالفعل. تتألق كغاز في قرص دوار عملاق يسقط نحو الثقب الأسود ويسخن.

يمكن أن تشتعل نوى المجرات النشطة أيضًا مع تذبذب تغذيتها. قد يخفي هذا التباين الخلفي نوبات أكثر ندرة وإشراقًا.

في عام 2018، بدا الطيف الأول لـ J2245+3743 الملتقط بواسطة تلسكوب هيل الذي يبلغ قطره 200 بوصة في بالومار عاديًا.

وفي وقت لاحق فقط، في عام 2023 ــ عندما تأخر منحنى الاضمحلال عن التوقعات ــ كشف طيف جديد من مرصد WM Keck في هاواي عن مدى خطورة هذا الحدث.

قام الفريق بفحص ما إذا كان المصدر يرسل ضوءًا نحونا، وهو التأثير الذي يمكن أن يحاكي السطوع الشديد.

قال المؤلف المشارك كيه إي سافيك فورد، أستاذ في جامعة مدينة نيويورك : “في البداية، كان من المهم التأكد من أن هذا الجسم المتطرف كان ساطعًا حقًا”.

ساعدت بيانات مهمة وايز السابقة التابعة لناسا في استبعاد احتمال وجود نفاثات موجهة نحو الأرض. ومع عدم ملاءمة الاحتمالات الأخرى – مثل مستعر أعظم شديد السطوع – برز أحد السيناريوهات على رأس القائمة.
نجم ممزق بواسطة ثقب أسود

الصورة المُفضّلة هي حدث تمزق مدّي، أو TDE، وهو نجم يمرّ بالقرب من ثقب أسود ويمزقه . تتدحرج الحطام النجمي الممزق إلى الداخل وتُغذّي الثقب الأسود لشهور أو سنوات، مُضيءً بذلك قلب المجرة.

تحدث معظم أحداث TDE المعروفة حول الثقوب السوداء غير النشطة بالفعل، لذا تبرز توهجاتها بشكل أكثر وضوحًا.

يختلف J2245+3743 عن غيره، فهو عبارة عن ثقب أسود فائق الكتلة، وقد ارتفع توهج TDE فوق فقاعات القرص المعتادة، مما يجعله مرئيًا حتى في ظل تلك الخلفية الساطعة.

العيد لم ينتهي بعد

ما حجم النجم المشئوم؟ تشير النمذجة إلى أنه كان عملاقًا لا يقل عن 30 كتلة شمسية. هذا الحجم يفوق بالفعل الرقم القياسي السابق، وهو حدث ZTF الملقب بـ “باربي المخيفة” ( ZTF20abrbeie ).

شملت ZTF نجمًا يتراوح حجمه بين ثلاث إلى عشر كتل شمسية وأنتجت توهجًا أضعف بنحو 30 مرة من J2245 + 3743.

يشير التوهج المستمر من J2245+3743 إلى أن الوليمة لم تنتهِ بعد. وبتعبير غراهام الواضح، يشبه النجم “سمكة في منتصف حلق الحوت”.

“إذا حولت شمسنا بأكملها إلى طاقة، باستخدام صيغة ألبرت أينشتاين الشهيرة E = mc² ، فهذا هو مقدار الطاقة التي تدفقت من هذا الوهج منذ أن بدأنا في مراقبته”، كما قال فورد.

حيث تولد النجوم الوحشية

النجوم بهذه الضخامة نادرة في المجرات العادية. لكن قرص النوى المجرية النشطة ليس حاضنة عادية.

إنه خزان غاز كثيف ومضطرب يدور بالقرب من ثقب أسود. في تلك البيئة، «تُلقى المادة من القرص على النجوم ، مما يؤدي إلى نمو كتلتها»، كما أشار فورد.

إذا أصبح النجم كبيرًا بدرجة كافية داخل القرص ثم ابتعد كثيرًا عن الثقب الأسود، فإن المسرح مهيأ لحدوث TDE ضخم – وهو نوع الحدث الذي يمكن أن يفسر سطوع J2245 + 3743 الذي لا مثيل له.

تساعد هذه الفكرة أيضًا على ضبط التوقيت. يصعب رصد TDEs في AGN لأن توهجات التغذية “العادية” قد تُخفيها.

هنا، كانت الوجبة النجمية ضخمة للغاية لدرجة أن وليمة الثقب الأسود طغت على الخلفية، مما سمح للتلسكوبات برؤية ارتفاع الوهج وسقوطه المطول.

ماذا يكشف هذا التوهج بعد ذلك

اعتمد الاكتشاف على المثابرة. يقوم مرصد ZTF، الموجود في مرصد بالومار التابع لمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، بمسح السماء ليلاً بحثًا عن الأجرام المتغيرة. ويفعل مرصد كاتالينا الشيء نفسه.

ويعني هذا الإيقاع أن الفريق يمكنه التقاط الزيادة الأولية، ومقارنتها بسنوات من السلوك السابق، ومواصلة مراقبة تطور منحنى الضوء.

وقال جراهام “لم نكن لنكتشف هذا الحدث النادر في المقام الأول لو لم يكن هناك ZTF”.

“لقد كنا نراقب السماء باستخدام ZTF لمدة سبع سنوات الآن، لذلك عندما نرى أي توهج أو تغير، يمكننا أن نرى ما فعله في الماضي وكيف سيتطور.”

دروس من J2245+3743

النتيجة أكثر من مجرد تسجيلٍ مُبهر. إنها علامةٌ فارقة. إذا كان بإمكان ثقبٍ أسود كتلته 500 مليون شمس أن يُمزّق نجمًا كتلته 30 كتلة شمسية داخل قرصه، فمن المُرجّح أن تحدث أحداثٌ مُماثلة في أماكن أخرى.

قد يُسفر التنقيب في أرشيف ZTF عن المزيد منها. وفي غضون بضع سنوات، سيُتيح مرصد فيرا سي. روبين التابع لمؤسسة العلوم الوطنية ووزارة الطاقة رؤيةً أعمق وأوسع للسماء المتغيرة.

يمكن أن تصبح TDEs كبيرة بشكل غير عادي مثل J2245 + 3743 فئة، وليس استثناءً.

أنهى هذا الثقب الأسود قصة نجم قبل أن يكتب فصله الأخير – لا مستعر أعظم ، ولا ثقب أسود خاص به. المفارقة لاذعة: نجمٌ كان من المقرر أن ينفجر، ابتلعه جسم كوني أكبر حجمًا كاملًا.

وفي هذه العملية، أعطى ذلك لعلماء الفلك رؤية خلفية لكيفية تغذية الثقوب السوداء المتطرفة، وكيف يمتد الزمن عبر المسافات الكونية، وكيف يمكن لألمع الألعاب النارية في الكون أن تفاجئنا.

نُشر البحث في مجلة Nature Astronomy .