اكتشاف "عملاق غير مرئي" يختبئ خلف ثقب أسود مزدوج

Sự hợp nhất của lỗ đen nhị phân gần một lỗ đen siêu lớn. Nguồn: SHAO

اندماج ثقبين أسودين ثنائيين بالقرب من ثقب أسود فائق الكتلة. المصدر: SHAO

تُعدّ الثقوب السوداء الثنائية بالفعل إحدى أكثر الظواهر غموضًا في الكون، إلا أن علماء مرصد شنغهاي الفلكي (SHAO) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم اكتشفوا مؤخرًا أدلةً على أنها قد لا تكون الوحيدة. فمن المرجح أن بعض أنظمة الثقوب السوداء الثنائية يُهيمن عليها "رفيق عملاق" غامض قريب.

أفاد فريق بحثي بقيادة الدكتور وينبياو هان في SHAO بوجود دلائل تشير إلى أن حدث اندماج الثقب الأسود الثنائي GW190814 ربما حدث تحت التأثير الجاذبي لجسم ثالث - ربما ثقب أسود فائق الكتلة نفسه.

وتقدم نتائج البحث، التي نشرت في مجلة Astrophysical Journal Letters، أدلة مهمة لفك شفرة أصل الثقوب السوداء الثنائية.

Sự kiện sóng hấp dẫn được phát hiện bởi dự án hợp tác LIGO-Virgo-KAGRA. Nguồn: SHAO

رصدت فرق ليغو-فيرغو-كاغرا حدث موجة جاذبية. المصدر: شاو

منذ عام ٢٠١٥، رصد تعاون ليغو-فيرغو-كاغرا أكثر من ١٠٠ حدث موجات جاذبية، معظمها ناتج عن اندماج الثقوب السوداء الثنائية. ورغم مساهمتها في فهم الفيزياء الفلكية، إلا أن آليات تكوينها وتطورها لا تزال غير مفهومة بالكامل.

في السابق، اقترح فريق الدكتور هان نموذج "b-EMRI"، الذي يصف سيناريو يلتقط فيه ثقب أسود فائق الكتلة ثقبًا أسود ثنائيًا، مشكلًا نظامًا ثلاثي الطبقات. في هذا الهيكل، يدور زوج الثقبين الأسودين حول الثقب الأسود فائق الكتلة، ويُصدر موجات جاذبية على نطاقات تردد متعددة. أُدرج هذا النموذج في ورقة بحثية صادرة عن مشروع ليزا، وحُدد كهدف بحثي مهم لمراصد موجات الجاذبية الفضائية الصينية. ومنذ ذلك الحين، يبحث العلماء عن دلائل على اندماج ثقوب سوداء ثنائية بالقرب من الثقب الأسود فائق الكتلة في بيانات ليغو-فيرغو.

عند تحليل بيانات GW190814، وجد الباحثون أن نسبة كتلة الثقبين الأسودين المندمجين تقارب 10:1. ووفقًا للمؤلف المشارك الدكتور شوتشنغ يانغ، يُرجّح أن هذا الخلل يُشير إلى أنهما كانا في السابق جزءًا من نظام ثلاثي، حيث كان الثقب الأسود فائق الكتلة يجمعهما معًا من خلال تفاعلات الجاذبية. وهناك فرضية أخرى مفادها أنهما تشكلا داخل قرص تراكم نواة مجرية نشطة، حيث دفعت جاذبية الأجسام الكثيفة الاندماج.

يعتقد العلماء أنه إذا اندمج الثقب الأسود الثنائي بالقرب من جسم ثالث كثيف، فإن مداره حول هذا الجسم سيُحدث تسارعًا في خط الرؤية، أي تسارعًا على طول خط رؤية الراصد. يُغير هذا التسارع تردد الموجات الثقالية من خلال تأثير دوبلر، تاركًا "بصمة" في الإشارة.

Ước tính tham số cho GW190814, bao gồm khối lượng của hai lỗ đen (*m*~1~ và *m*~2~), khoảng cách độ sáng (*d*~L~), gia tốc đường ngắm (*a*) và chỉ số lũy thừa (*n*~I~). Đường nét đứt biểu thị giá trị trung vị và khoảng tin cậy 90%. Biểu đồ đường đồng mức thể hiện khoảng tin cậy 50% và 90%. Nguồn: SHAO

تقديرات معاملات GW190814، بما في ذلك كتلتا الثقبين الأسودين (*m*~1~ و*m*~2~)، وتباعد السطوع (*d*~L~)، وتسارع خط الرؤية (*a*)، ومؤشر القدرة (*n*~I~). تشير الخطوط المتقطعة إلى القيم المتوسطة وفترات الثقة 90%. تُظهر مخططات الكنتور فواصل الثقة 50% و90%. المصدر: SHAO

لتحديد ذلك، طوّر الفريق نموذجًا للموجات الثقالية يتضمن تسارعًا في خط البصر، وطبّق تحليلًا بايزيًا على عدة أحداث ذات إشارات قوية. أظهرت النتائج أنه بالنسبة لـ GW190814، تفوق نموذج تسارع خط البصر على فرضية الثقب الأسود الثنائي المعزول.

ويقدر هذا التسارع بنحو 0.002 c/s-1 (مستوى ثقة 90%، حيث c هي سرعة الضوء)، مما يعطي عامل بايز 58:1 - وهو دليل قوي على وجود تسارع خط البصر.

قال الدكتور هان: "هذا أول دليل دولي على وجود جسم ثالث كثيف في اندماج ثقبين أسودين". وأضاف: "يشير هذا الاكتشاف إلى أن الثقب الأسود الثنائي في GW190814 قد يكون جزءًا من نظام معقد، بدلًا من أن يتشكل بشكل مستقل، مما يفتح آفاقًا جديدة حول آلية تشكل الثقوب السوداء الثنائية".

في المستقبل، مع تشغيل أجيال جديدة من أجهزة رصد موجات الجاذبية، مثل تلسكوب أينشتاين، ومستكشف الكون، وأجهزة الفضاء ليزا، وتاي تشي، وتيانكين، يتوقع العلماء أن يتمكنوا من رصد التغيرات الطفيفة في الإشارات بدقة عالية. سيساعد ذلك على فك رموز المزيد من الأحداث، مثل GW190814، والاقتراب من تفسير تكوّن وتطور الثقوب السوداء الثنائية.

لا خي (وفقا لصحيفة سايتك ديلي)

المصدر: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250