الثقب الأسود فائق الكتلة داخل نواةالمجرة الإهليلجيةالعملاقةمسييه 87 التابعةلكوكبة العذراء. تعدّ هذه الصورة أول صورة حقيقية لثقب أسود، وتعود لشبكةمقراب أفق الحدث، وتظهر فيها بقعة مظلمة أمام حلقة تضيء بشكل خافت، وعُرضت لأول مرة في ستة مؤتمرات صحفية متزامنة تمت في العاشر من أبريل عام 2019.فوق: رسم تخيلي يُظهر ثقباً أسودَ فائق الكتلة يُمزق أجزاءً من نجم منفرد ويبتلعها.الصورة أسفل اليمين: صورة ضوئية يُعتقد أنها لثقبٍ أسودَ فائق الكتلة يبتلع نجماً في المجرة RXJ. الصورة أسفل اليسار: الصورة بالأشعة السينية.[1]
تملك الثقوب السوداء عظيمةالكتلة خصائصَ تميزها عن تلك ذات الكتلة المتوسطة أو العادية، منها:[6]
تعرّفالكثافة المتوسطة للثقب الأسود بقسمة كتلة الثقب الأسود على الحجم داخلنصف قطر شفارتزشيلد، وبناء على ذلك فقد تكون أقل من كثافةالماء للثقب الأسود ذي الكتلة الضخمة، وتنطبق تلك الكثافة مثلاً علىثقب أسود تعادل كتلته 108كتلة شمسية.[7] (هذا بسبب أننصف قطر شفارتزشيلد يتناسب تناسباً طردياً مع الكتلة بينما تتناسب الكثافة تناسباً عكسياً مع الحجم، وبما أن حجم الكرة المحيطةبأفق الحدث لثقبٍ أسودَ لا يدور حول محوره يتناسب تناسباً طردياً مع مكعب نصف القطر، فنجد أن الكثافة المتوسطة تقل للثقب الأسود الضخم حيث إنها تتناسب تناسباً عكسياً معالكتلة).
تكونقوة المد والجزر قربأفق الحدث ضعيفة. وبما أن نقطةالتفرد الثقالي بعيدة جداً عن أفق الحدث، فرائد الفضاء الافتراضي المسافر إلى مركز الثقب الأسود لن يُجرب ما يُعرف بـ«التأثيرات المعكرونية» (وهو تمدد الجسم طولياً وانخفاض ثخانته باستمرار فيصبح رفيعاً مثل عود المعكرونة، وهذا ما يمكن أن يحدث في حقولِ الجاذبيةِ هائلة القوة) إلى أن يصل إلى نقطة عميقة جداً في الثقب الأسود.
رسم تخيلي يُظهر ثقباً أسودَ فائق الكتلة وحوله قرص مزود كما كان سوف يبدو لو كان بالإمكان رؤيته.
هناك نماذج مختلفة لكيفية تكون الثقوب السوداء من هذا الحجم. وأكثرها وضوحا هي ازدياد مادةثقب أسود من الحجم النجمي ببطء حتى يبلغ هذا الحجم. وأحد النماذج الأخرى[8] لتكون هذه الثقوب السوداء يبدأ من سحابة كبيرة من الغاز تنهار إلى «نجم نسبي» ربما تصل كتلته إلى مئات آلاف الكتل الشمسية أو أكثر. ثم يصبح النجم غير مستقر ومضطرب الحجم بسبب إنتاجهللبوزيتروناتوالإلكترونات في نواته، وربما ينهار مباشرة إلى ثقب أسود بدون أن ينفجر إلىمستعر أعظم، والذي سوف يقذف معظم كتلة النجم ويمنع بقاياه من التحول إلى ثقب أسود فائق الكتلة.[9]
الصعوبة في تكوّن ثقب أسود فائق الكتلة تكمن في وجود مادة كافية في منطقة صغيرة كفاية. وهذه المادة يجب أن تملك كثافة قليلة جدا أيضا لكي يحدث هذا. وبشكل طبيعي تشمل عملية الازدياد انتقال جزء كبير من المادة الأولية إلى خارج ما يتحول إلى ثقب أسود، وهذا يبدو عاملا محددا في نمو الثقب الأسود ويفسر تكونالأقراص الازديادية.
حاليا يبدو أن هناك فجوة في تصنيف كتلة الثقوب السوداء. فهناك ثقوبٌ سوداء ذات كتلةٍ نجمية تولد من انهيار نجوم ربما تصل كتلتها إلى 33 كتلة شمسية. وأخف الثقوب السوداء الفائقة الكتلة تبلغ كتلتها مئة ألف كتلة شمسية. وبين هذين الصُّنفين يوجد صُنف نادر هوالثقوب السوداء متوسطة الكتلة. وبسبب هذه الفجوة يُعتقد أن طريقة تكوّن كل من هذه الأنواع مختلفة عن الأخرى. وعلى أي حال بعض النماذج[10] تقترح أنمصادر الأشعة السينية الفائقة الإضاءة هي ثقوب سوداء من هذا النوع النادر.
الفلكيون واثقون من وجود ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرتنا - درب التبانة -، في منطقة تسمىالرامي أ*[11]، وذلك بسبب أن:
النجمإس 2 يدور في مدار بيضاوي يتم دورته فيه مرة كل 15,2 سنة، وفي أقرب اقتراب له من الجرم الذي يدور حول يكون على مسافة 17ساعة ضوئية منه.[12]
من حركة النجم «إس 2» يُقدر الفلكيون كتلة الجرم الذي يدور حوله ب 4.1 مليونكتلة شمسية.[13]
الفلكيون يعرفون أيضاً أن قطر الجرم الذي يدور حوله النجم أقل من 17 ساعة ضوئية، وهذا يعني أن النجم إس 2 سوف يصطدم بالجرم أو سوف تُمزق أجزاء من بواسطة قوة المد والجزر.[14]
الجرم الوحيد المعروف الذي يُمكن أن تصل كتلته إلى 4.1 مليون كتلة شمسية وبحجم صغير هو الثقوب السوداء الفائقة الكتلة.
وقد قامت بضعة معاهد علمية فيألمانيا[15] بتقديم أقوى دليل على احتواء منطقةالرامي أ* على ثقب أسود فائق الكتلة،[11] وهو قائم على معلومات من مرصديالمرصد الأوروبي الجنوبي (ايسو) الموجود فيشيلي،[16]وكيك الموجود في جزرهاواي[17]، وتم من تلك المشاهدات استنتاج كتلته الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز مجرتنا هي 4.1 مليون كتلة شمسية.[18]
تحققت الفرضية عن طريق ارصاد فلكية قامت بها مجموعة من المقاريب موزعة في مختلف انحاء العالم معروفة تحت اسممقراب أفق الحدث واشترك فيها علماء كثيرون من مختلف الدول. تحقق العلماء في عام 2022 من أنالرامي A* بالإنكليزية:(*Sagitarius A) التابعلكوكبة العذراء، هو عبارة عنثقب أسود يقع في مركز مجرتنا؛ وتبلغ كتلته نحو 3او4 مليونكتلة شمسية. نشرت صورته في يوم 12 مايو2022.
وهذا هو ثاني دليل على وجود الثقوب السوداء بعد اكتشاف أول ثقب أسود، وهو في مركز المجرةمسييه 87 في أبريل 2019.
صورةالثقب الأسودالرامي A* الذي يقع في مركز مجرتنا. وكتلته تبلغ أكثر 4.3 مليون مرة من كتلةالشمس. صورة حديثة صدرت في 12 مايو 2022.
تحتوي المجرة القريبة منا وهي مجرةالمرأة المسلسلة وتبعد عنا 5و2 مليونسنة ضوئية ثقبًا أسودَ فائق الكتلة، تبلغ كتلته (1.1–2.3) × 108كتلة شمسية، أي أنه أكبر كثيرا عن الثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا.[19]
كما يوجد واحد من أكبر الثقوب السوداء الفائقة الكتلة في أحد جيران مجرتنا وهومسييه 87، تبلغ كتلته (6.4 ± 0.5) × 109كتلة شمسية، وهو يبعد عنا نحو 5و53 مليونسنة ضوئية.[20][21]
وأصبح من المعلوم لدى العلماء أنه يكاد أن يوجد ثقب أسود فائق الكتلة في مركز كل مجرة.[22][23]
وقد بينت المشاهدة وجود علاقة بين كتلة مثل ذلك الثقب الأسود والانخفاض النسبي لسرعةالحوصلة المجرية، وتسمى تلك العلاقة علاقة M-سيغما (بالإنجليزية: M-sigma relation).[24]
وهي تؤيد العلاقة بين تكوّن الثقب الأسود وتكون المجرة نفسها.[22]
ولا يزال تفسير تلك العلاقة غامضا ويشكل معضلة يتسابق الفيزيائيون على حلها. ويعتقد ان الثقوب السوداء ومجراتهم تكونت في نفس الوقت نحو 300 إلى 800 مليون سنة بعدالانفجار العظيم، مارين بخط التطور مننجم زائف وما له من خصائص، ولكن النماذج المقترحة تختلف فيما بينها حول السببية: هل الثقب الأسود هو العامل الفعال على نشأة المجرة أم العكس؟ كما ان تكونهما التسلسلي يمكن أن يكون نموذجا لتطورهما. كما أن مسألة طبيعةالمادة المظلمة التي لا تزال غير معروفة تماما ربما تلعب دورا هاما في نماذج تكون المجرات والثقوب السوداء فائقة الكتلة.[25][26]
^Schödel، R. (2002). "A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way".Nature. ج. 419 ع. 6908: 694–696.DOI:10.1038/nature01121.PMID:12384690.{{استشهاد بدورية محكمة}}:الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة)
^Urry، C. (1995). "Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei".Publications of the Astronomical Society of the Pacific. ج. 107: 803–845.DOI:10.1086/133630.{{استشهاد بدورية محكمة}}:الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة)
^Antonucci، R. (1993). "Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars".Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics. ج. 31 ع. 1: 473–521.DOI:10.1146/annurev.aa.31.090193.002353.
^Begelman، M. C. (يونيو 2006). "Formation of supermassive black holes by direct collapse in pre-galactic haloes".Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. ج. 370 ع. 1: 289–298.DOI:10.1111/j.1365-2966.2006.10467.x.{{استشهاد بدورية محكمة}}:الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة)
^Winter، L.M. (أكتوبر 2006). "XMM-Newton Archival Study of the ULX Population in Nearby Galaxies".Astrophysical Journal. ج. 649: 730–752.DOI:10.1086/506579.{{استشهاد بدورية محكمة}}:الوسيط author-name-list parameters تكرر أكثر من مرة (مساعدة)
