نجم شبيه بالشمس يقع في مجرة تبعد عنا حوالي 500 مليون سنة ضوئية، يبتلعه ثقب أسود تدريجيا. وفي كل مرة يقترب فيها من ثقب أسود، فإنه يتخلص من مادة تعادل ثلاثة أضعاف كتلة الأرض.
يشير انفجار هائل من الأشعة السينية اكتشفه علماء الفلك في جامعة ليستر إلى أن ثلاثة أضعاف كتلة الأرض تحترق في ثقب أسود. في مجرة قريبة، يتم التهام نجم شبيه بالشمس ببطء بواسطة ثقب أسود صغير مفترس، مما يؤدي إلى فقدان ثلاث كتل أرضية من المواد مع كل اقتراب.
يوفر الاكتشاف الذي توصل إليه علماء الفلك في جامعة ليستر، والذي نُشر في مجلة Nature Astronomy في 7 سبتمبر، "الحلقة المفقودة" في فهمنا لكيفية تعطيل الثقوب السوداء للنجوم التي تدور حولها. ويشير ذلك إلى أنه يتم التهام عدد كبير من النجوم ولكن لم يتم اكتشافها بعد. تلقى فريق البحث الدعم من وكالة الفضاء البريطانية ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة (STFC).
اكتشف التفاصيل
واستيقظ علماء الفلك على وميض مشرق من الأشعة السينية بدا وكأنه قادم من مركز المجرة القريبة 2MASXJ02301709+2836050، على بعد حوالي 500 مليون سنة ضوئية من درب التبانة. تم تسمية الكويكب Swift J0230، وتم اكتشافه لأول مرة من قبل العلماء باستخدام أداة جديدة تم تطويرها في مرصد Neil Gehrels Swift. وسرعان ما رتبوا المزيد من الملاحظات السريعة عنه ووجدوا أنه لا يتحلل تدريجيًا كما كان متوقعًا، ولكنه سيتألق بشكل ساطع لمدة 7-10 أيام ثم ينطفئ فجأة، ويكرر هذه العملية كل 25 يومًا تقريبًا.
صورة بصرية لمجرة تشهد حدثًا جديدًا، مأخوذة من بيانات PanSTARRS المؤرشفة. يقع جسم الأشعة السينية في مكان ما داخل الدائرة البيضاء، بحجم رأس الدبوس على بعد 100 متر. يظهر أيضًا موقع مستعر أعظم عمره عامين. المصدر: دانييلي ب. ماليساني/بانستارز
قم بتوصيل القطع المفقودة
وقد لوحظ سلوك مماثل في ما يسمى بالانفجارات شبه الدورية والانفجارات النووية الدورية، حيث تمزق مادة النجم بواسطة ثقب أسود أثناء دورانها بالقرب منه، ولكنها تختلف في تواتر الانفجارات وفي ما إذا كانت الانفجارات تحدث في المقام الأول في الأشعة السينية أو الضوء البصري. يقع انتظام إشعاع Swift J0230 في مكان ما بينهما، مما يشير إلى أنه "الحلقة المفقودة" بين نوعي الانفجارات.
باستخدام النماذج المقترحة لكلا النوعين من الأحداث كدليل، خلص العلماء إلى أن انفجار Swift J0230 يمثل نجمًا مشابهًا في الحجم لشمسنا يدور في مدار بيضاوي الشكل حول ثقب أسود منخفض الكتلة في مركز المجرة. ومع اقتراب مدار النجم من جاذبية الثقب الأسود القوية، يتم انتزاع مادة تعادل ثلاثة أضعاف كتلة الأرض من الغلاف الجوي للنجم وتسخينها عند سقوطها في الثقب الأسود. تطلق درجة الحرارة المرتفعة التي تبلغ حوالي 2 مليون درجة مئوية كمية كبيرة من الأشعة السينية، والتي تم التقاطها لأول مرة بواسطة القمر الصناعي سويفت.
صور الأشعة السينية لنفس الموقع في السماء قبل (يسار) وبعد (يمين) انفجار Swift J0230. تم التقاط الصور باستخدام تلسكوب الأشعة السينية الموجود على متن القمر الصناعي سويفت. حقوق الصورة: فيل إيفانز (جامعة ليستر)/ ناسا سويفت
رؤى الخبراء
وقال المؤلف الرئيسي الدكتور فيل إيفانز، من كلية الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ليستر: "هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها نجمًا مثل الشمس يتمزق بشكل متكرر ويبتلع بواسطة ثقب أسود منخفض الكتلة. إن ما يسمى بـ "اضطراب المد والجزر الجزئي المتكرر" في حد ذاته هو اكتشاف جديد إلى حد ما، ويبدو أنه ينقسم إلى فئتين: تلك التي تندلع كل بضع ساعات، وتلك التي تندلع كل عام أو نحو ذلك". يقع هذا النظام الجديد بين هاتين الفئتين، وعندما تنظر إلى الأرقام، ترى أن أنواع الكائنات المعنية تتناسب أيضًا بشكل جيد للغاية."
الدكتور روب آيلز فيريس، الذي يعمل مع الدكتور إيفانز على القمر الصناعي سويفت، حصل مؤخرًا على درجة الدكتوراه في جامعة ليستر، والتي تضمنت دراسة تدمير النجوم بواسطة الثقوب السوداء. وأوضح: "في معظم الأنظمة التي رأيناها في الماضي، تم تدمير النجم بالكامل". "يعد سويفت J0230 إضافة جديدة ومثيرة لفئة النجوم المدمرة جزئيا لأنه يوضح لنا العلاقة الحقيقية التي تم اكتشافها بين هاتين الفئتين من الكائنات، ونظامنا الجديد يوفر لنا الحلقة المفقودة."
رسم توضيحي لمرصد نيل جاليس سويفت. المصدر: ناسا
نتطلع لاكتشاف المزيد
شارك الدكتور كيم بيج من جامعة ليستر في تحليل البيانات لهذه الدراسة: "بالنظر إلى أننا اكتشفنا Swift J0230 في غضون بضعة أشهر من إطلاق أداة الصيد العابر الجديدة، فإننا نتوقع أنه سيكون هناك العديد من هذه الأجسام في انتظار اكتشافها".
الدكتور كريس نيكسون هو عالم فيزياء فلكية نظرية انتقل مؤخرًا إلى جامعة ليدز من جامعة ليستر. قاد الجهود لتفسير الحدث نظريًا. وقد تم تمويل أبحاثه من قبل مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة وصندوق ليفرهولم.
ويقدر الباحثون أن كتلة الثقب الأسود تبلغ حوالي 10.000 إلى 100.000 مرة كتلة الشمس، وهي نسبة صغيرة جدًا بالنسبة للثقوب السوداء الهائلة الموجودة عادةً في مراكز المجرات. ويعتقد أن الثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا تبلغ كتلته 4 ملايين كتلة شمسية، في حين أن معظم الثقوب السوداء تبلغ كتلتها حوالي 100 مليون كتلة شمسية.
وهذا هو الاكتشاف الأول باستخدام الكاشف العابر الجديد للقمر الصناعي سويفت، والذي طوره فريق جامعة ليستر وتم تشغيله على أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم. عندما يقع حدث متطرف، فإنه يسبب دفقات من الأشعة السينية في مناطق من السماء كانت خالية في السابق من الأشعة السينية، والتي يسميها علماء الفلك عابرة الأشعة السينية الفلكية. وعلى الرغم من أن هذه الأحداث العابرة تبشر ببداية أحداث متطرفة، إلا أنه ليس من السهل اكتشافها، على الأقل ليس بسرعة، لذلك تم تطوير هذه الأداة الجديدة للبحث عن أنواع جديدة من الأحداث العابرة في الوقت الفعلي.
وأضاف الدكتور إيفانز: "كان هذا النوع من الأجسام غير قابل للاكتشاف إلى حد كبير حتى قمنا ببناء هذه المنشأة الجديدة واكتشفنا بسرعة كبيرة هذا الحدث الجديد الذي لم يسبق له مثيل. يبلغ عمر سويفت 20 عامًا تقريبًا ويكتشف فجأة أحداثًا جديدة تمامًا لم نكن نعلم بوجودها من قبل. أعتقد أن هذا يوضح أنه في كل مرة تجد طريقة جديدة للنظر إلى الفضاء، فإنك تتعلم شيئًا جديدًا وتكتشف أن هناك شيئًا لم تكن تعلم بوجوده من قبل".
التعاون الدولي وآفاق المستقبل
وقالت الدكتورة كارولين هاربر، رئيسة قسم علوم الفضاء في وكالة الفضاء البريطانية: "هذا اكتشاف مثير آخر من مهمة سويفت الرائدة عالميًا - في كل مرة يدور فيها نجم شبيه بالشمس بالقرب بما فيه الكفاية، يعضه ثقب أسود منخفض الكتلة".
تعمل وكالة الفضاء البريطانية مع وكالة ناسا في هذه المهمة منذ سنوات عديدة؛ قادت المملكة المتحدة تطوير الأجهزة لاثنين من الأدوات العلمية الرئيسية وقدمت التمويل لمركز Swift Science Data Centre، الذي نواصل دعمه. ونحن نتطلع إلى فهم سويفت المستقبلي لانفجارات أشعة جاما في جميع أنحاء الكون والأحداث واسعة النطاق التي تسببها.