في الكون الفسيح، تنتمي النجوم عمومًا إلى مجرة معينة أو عنقود نجمي معين، ولكن هناك أيضًا بعض النجوم التي لديها أو تحاول التحرر والتجول بين النجوم، لذلك غالبًا ما تكون سريعة للغاية. وهي نجوم عالية السرعة، مثل النجم الذي سنتحدث عنه اليوم، J0731+3717. كشف فريق بحثي بقيادة المرصد الفلكي الوطني التابع للأكاديمية الصينية للعلوم أسرار هذا النجم فائق السرعة من خلال بيانات من القمر الصناعي جايا وتلسكوب قوه شوجينغ الصيني (LAMOST):
منذ حوالي 20 مليون سنة، كان عضوًا في العنقود النجمي الكروي M15. وتحت تأثير بعض الجاذبية القوية، تم رميها بعنف بسرعة تصل إلى 550 كيلومترًا في الثانية.
هذا تأثير ديناميكي يسمى "آلية هيلز": عندما يقترب زوج من النجوم الثنائية التي تدور حولها بإحكام من مصدر جاذبية فائق القوة، سيتم التقاط أحد النجمين، وسيتم تسريع الآخر ورميه مثل المقلاع.
الكتلة الكروية M15
وفقا للحساب ،مصدر الجاذبية الأكثر ترجيحًا الذي يمكنه قذف نجم بهذه السرعة العالية في مثل هذه الفترة القصيرة من الزمن هو ثقب أسود متوسط الكتلة تبلغ كتلته حوالي 1700-3200 شمس.
الثقوب السوداء متوسطة الكتلة هي الحلقة المفقودة بين الثقوب السوداء النجمية والثقوب السوداء الهائلة. تتراوح كتلتها من مائة إلى مئات الآلاف من الشموس. إن تأكيد وجودها أمر بالغ الأهمية لتفسير أصل الثقوب السوداء الهائلة.
على اليسار صورة لمجرة يوجد بها ثقب أسود متوسط الكتلة. أما الوسط فهو خيال فني لثقب أسود متوسط الكتلة يمزق النجوم. اليمين هو طيف كثافة الطاقة الذي تم الحصول عليه من خلال تحليل منحنى الضوء.
ومع إدخال تقنية الكشف عن موجات الجاذبية، ظهرت طرق جديدة وقوية للبحث عن الثقوب السوداء متوسطة الكتلة.
واكتشف مرصد موجات الجاذبية الأمريكي للتداخل الليزري LIGO وكاشف العذراء الأوروبي على التوالي أكثر من 100 حدث اندماج للثقوب السوداء، معظمها عبارة عن ثقوب سوداء نجمية تبلغ كتلتها عشرة أضعاف كتلة الشمس.
ومن المرجح جدًا أن تأتي إشارة موجة الجاذبية GW190521 المكتشفة في مايو 2019 من ثقب أسود متوسط الكتلة.
ويظهر التحليل أن هذا الحدث نتج عن اندماج ثقبين أسودين تبلغ كتلتهما حوالي 85 مرة و66 مرة كتلة الشمس. تبلغ كتلة الثقب الأسود الجديد 142 مرة كتلة الشمس.
بعبارة أخرى،وفي اللحظة التي يندمج فيها الثقبان الأسودان، يتم إطلاق حوالي 9 أضعاف كتلة الشمس على شكل موجات جاذبية.
وهذه هي المرة الأولى التي يرصد فيها البشر بشكل مباشر ثقبا أسود تتجاوز كتلته كتلة الشمس بمئة مرة في موجات الجاذبية. كما أنه أوضح مثال على اكتشاف ثقب أسود متوسط الكتلة حتى الآن.
ثقبان أسودان يتصاعدان معًا في حدث الاندماج GW190521 (خيال الفنان)