الثنائيات النجمية و الثقب الأسود تؤدي رقصة شابة

ا

على الرغم من أن شمسنا المنعزلة وحيدة نجرية ، إلا أنها أكثر شيوعًا للنجوم لتكون أعضاء فيها الأنظمة الثنائية حيث يدور نجمان حول بعضهما في رقصة نارية مذهلة. وبالمثل ، عندما ثنائي الرقص الثقوب السوداء الهائلة تلتقي بعد اصطدام المجرات المضيفة ، واحدة الثقب الأسود يولد وزنه عند الكتلة المجمعة للاثنين المنفصلين الثقوب السوداء الهائلة اندمجت معًا لتصبح واحدة. ولكن ماذا يحدث عندما الثنائيات النجمية و ثنائيات الثقب الأسود تتلاقى في الفالس الكوني الكارثي؟ إن نتيجة مثل هذه الرقصة المدمرة أسوأ بكثير بالنسبة للراقصين مما يحدث عندما يتجول نجم وحيد بالقرب من مخالب الجاذبية لثقب أسود انفرادي ويتم تمزيقه. في فبراير 2019 ، أصدر علماء الفلك دراسة جديدة تأخذ هذه الدراما السماوية الحزينة إلى أبعد من ذلك ، تظهر النتيجة العنيفة عندما يتفاعل ثنائي من النجوم الراقصة مع زوج من الثقوب السوداء الهائلة.

نظرية أحداث اضطراب المد والجزر (TDEs) تم اقتراحه لأول مرة في عام 1970 ، وقد تم تعزيزه من خلال الاكتشافات الحديثة للعديد من المرشحين الذين تمت ملاحظتهم. بالنسبة الى TDE النظرية ، عندما أ الثقب الأسود الهائل ثنائي يلتقي مع ثنائي ممتاز ينتج عنها انفجار مذهل. تنشأ هذه الانفجارات القوية والرائعة في كثير من الأحيان مما كان في السابق مناطق مظلمة ، ويعتقد العديد من علماء الفلك أنهم ينشأون من تراكم الحطام بعد أن تمزق نجم سيئ الحظ إلى قطع بواسطة مخالب الجاذبية التي لا ترحم ثقب أسود عملاق.

ومع ذلك ، فشل هذا السيناريو البسيط إلى حد ما في تفسير جميع الإشارات التي تشبه الاضطراب التي تم ملاحظتها. لهذا السبب ، يبقى السؤال المزعج: هل هذه الانفجارات ناتجة عن تفاعلات أكثر تعقيدًا قد تحدث أيضًا؟

مع وضع ذلك في الاعتبار ، قام فريق من علماء الفلك بقيادة الدكتور إريك كوغلين ، الذي كان آنذاك زميل أينشتاين ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في بيركلي (UCB) ، اكتشف نموذجًا أكثر تعقيدًا بكثير اضطراب المد والجزر –الألعاب النارية التي يمكن أن تحدث إذا ثقب أسود عملاق يواجه الثنائي ثنائيًا ممتازًا.

الأكثر والاكثر مرحا

هائل قلوب الظلام والنجوم الثنائية كلاهما من المقاطعين المشتركين للكون المرئي. ثقوب سوداء هائلة يعتقد أنها تتربص بجوع داخل مراكز كل مجرة ​​كبيرة في الكون – بما في ذلك درب التبانة. وحش الجاذبية النائم حاليًا الموجود في مركز مجرتنا هو وزن خفيف ، على الأقل بقدر الثقوب السوداء الهائلة اذهب. تم تسميته القوس أ * (وضوحا القوس-نجمة) وهي تزن الملايين "فقط" من الكتل الشمسية – على عكس العديد من الأنواع الأخرى من نوعها التي تزن في المليارات من المرات كتلة نجمنا.

من المتوقع أن تصطدم دوامة دربنا الكبيرة مع مجرة أندروميدا، عضو لولبي كبير آخر في مجموعة المجرات المحلية ، في حوالي 3.75 مليار سنة. عندما يحدث هذا ، الثنائي هائل سوف تندمج الوحوش المقيمة في القلوب السرية لكلا المجرتين ، وسوف يثقل الوحش الثقالي الناتج عن هذا التصادم في الكتلة المشتركة الضخمة لكلا المجرتين المنفصلتين. الثقوب السوداء. في حين أن هذا الاصطدام – المتوقع حدوثه في المستقبل البعيد لمجرةنا – لن يعطل بالضرورة العديد من سكان درب التبانة السماوي ، فقد أظهرت بعض النماذج الحديثة أن نظامنا الشمسي قد لا يكون محظوظًا بنفس القدر. يمكن أن يؤدي التحطيم الكارثي إلى إزاحة شمسنا ، والتي ستضطر بعد ذلك إلى الصراخ بعيدًا عن موقعها ، وتحمل بقية نظامنا الشمسي معًا أثناء الرحلة.

الكون مضطرب. سصعب تكمن قلوب الظلام في كل مجرة ​​تنتظر الوجبة التالية لتتجول بشكل مأساوي في فخ الجاذبية القوي. للأسف ، أي شيء مؤسف بما يكفي للسفر بالقرب من شره الثقب الأسود محكوم عليها أن تلتهم. الأجسام الملتقطة غير قادرة على تحرير نفسها من إغراء الجاذبية القوية للغاية للمفترس الثقب الأسود. لا يمكن للضوء حتى أن يحرر نفسه إذا تجاوز النقطة المروعة من اللاعودة التي تسمى أفق الحدث.

الثقوب السوداء كانت موجودة بالفعل عندما كان الكون صغيرًا جدًا. تتكون الغيوم من الغازات والنجوم المؤسفة تشقلبًا إلى أسفل ، حيث تدور في الدوامة المحيطة بـ الثقب الأسود– لا تعود أبدًا من دوامة الذرة الدوارة التي تطوق هذا الوحش الثقالي. بينما تنتقل المادة إلى ذروتها المحتوم ، فإنها تشكل عاصفة برية من المواد الصارخة المحيطة الثقب الأسود–ضخمة قرص التنامي. في الكون القديم ، هذه رائعة أقراص التنامي انبهار الزمكان في شكل النجوم الزائفة. في الواقع، برج القوس ربما ذهب على الرغم من صارخ الكوازار مرحلة في الشباب الملتهب منذ مليارات السنين.

المادة المبهرة التي تتكون منها قرص التنامي ينمو أكثر سخونة و أكثر سخونة، حيث أنها تثير عاصفة من الإشعاع المستعرة ، خاصة أنها تنتقل إلى أي وقت مضى أفق الحدث. ال أفق الحدث يقع في اقرب منطقة قرص التنامي.

في القرن الثامن عشر ، اعتبر العالم الإنجليزي جون ميشيل (1724-1793) والفيزيائي الفرنسي بيير سيمون لابلاس (1749-1827) إمكانية وجود بالفعل في كيانات غريبة مثل الطبيعة الثقوب السوداء. ألبرت أينشتاين نظرية النسبية العامة (1915) جعل في وقت لاحق التنبؤ بأشياء تمتلك حقول جاذبية قوية لدرجة أن أي شيء مؤسف بما يكفي للسفر بالقرب من مخابئها سيتم استهلاكه. ومع ذلك ، فإن فكرة أن مثل هذه الوحوش الغريبة يمكن أن تعيش بالفعل في حديقة الحيوانات السماوية بدت غريبة في ذلك الوقت لدرجة أن أينشتاين رفض المفهوم – على الرغم من أن حساباته الخاصة اقترحت خلاف ذلك.

في عام 1916 ، ابتكر الفيزيائي والفلكي الألماني كارل شوارزشيلد (1873-1916) أول حل حديث ل النسبية العامة يصف أ الثقب الأسود. ومع ذلك ، لم يُفهم تفسيرها كمنطقة من الفضاء ، والتي لا يمكن لأي شيء على الإطلاق الهروب منها ، لمدة خمسين عامًا أخرى. حتى ذلك الوقت ، الثقوب السوداء اعتبرت مجرد غرائب ​​رياضية. في الواقع ، لم يكن العمل النظري حتى الستينيات قد أظهر ذلك الثقوب السوداء هي تنبؤ عام النسبية العامة.

الثقوب السوداء تأتي بأحجام مختلفة. حزمة كتلة كافية في منطقة صغيرة بما فيه الكفاية و الثقب الأسود سيولد في كل مرة. بالإضافة الى هائل تشكيلة، الثقوب السوداء لكليهما الكتلة النجمية و متوسط من المعروف أن الكتلة تسكن كوزموس اليوم. عندما ينفد نجم ضخم بشكل خاص من إمداده الضروري الانصهار النووي الوقود يذهب السوبرنوفا ، وينهار في الثقب الأسود الكتلة النجمية.

معظم النجوم في الكون ، كبيرها وصغيرها ، أعضاء في أنظمة ثنائية. شمسنا هي نجمة منفردة اليوم ، ولكن ربما ولدت بتوأم – تمامًا مثل معظم النجوم الأخرى. تولد النجوم في واحدة من البرد والظلام الكثيرة غيوم جزيئية– يتألف بشكل أساسي من الهيدروجين الجزيئي – الذي يطارد مجرتنا بأعداد كبيرة. عندما تكون بقعة كثيفة بشكل خاص داخل الولادة النجمية ، جميلة سحابة جزيئية تصل إلى كتلة أو حجم أو كثافة حرجة ، تبدأ في الانهيار تحت الجاذبية التي لا ترحم لجاذبيتها. كما سحابة منهارة ، أ سديم شمسي ، تزداد كثافة حركات الغاز العشوائية الموجودة أصلاً في متوسط ​​السحابة لصالح اتجاه الزخم الزاوي للسديم. الحفاظ على الزخم الزاوي ينتج عنه زيادة في معدل الدوران مثل سديم يصبح نصف القطر أصغر. يتسبب هذا الدوران في تسطيح السحابة بالطريقة التي تمت مقارنتها بالطريقة التي تتحول بها قطعة من عجينة البيتزا الدوارة إلى شقة القرص. يستغرق الانهيار الأولي حوالي 100000 سنة. بعد ذلك الوقت ، يحصل نجم الطفل على درجة حرارة سطح شديدة الحرارة مثل تلك الموجودة في التسلسل الرئيسي نجم (يحرق الهيدروجين) من نفس الكتلة. يولد النجم – عادة مع واحد أو أكثر من الأشقاء النجمين لأن هذه النقط المولودة للنجوم تميل إلى التفتت. كل قطعة فردية تنتج نجمة طفل. لهذا السبب ، يُعتقد أنه منذ فترة طويلة من المحتمل أن أخوة نجمنا المنفرد نجا في منطقة بعيدة من مجرتنا – لن يعود أبدًا.

يعرف علماء الفلك أنه عندما يسافر نجم عديم الحظ قريب جدًا من الثقب الأسود ، فإنه يمزقه جاذبية الثقب الأسود القوية. ولكن منذ كليهما ثنائيات الثقب الأسود و الثنائيات النجمية هم من المقيمون المشتركون للكون يمكنهم لقاءهم بشكل متكرر – وذلك عندما تصبح الأمور أكثر إثارة للاهتمام.

ماذا يحدث عندما يكون زوج من النجوم في النظام الثنائي لقاء ثقب أسود عملاق ثنائي؟ على رأي القول، الأكثر والاكثر مرحا.

"رقصة الموت" السماوية

قام دكتور كوغلين وفريقه بمئات الآلاف من عمليات محاكاة الحواسيب الفائقة لتفاعلات الجاذبية التي يمكن أن تحدث بين ثقب أسود عملاق الثنائي و أنظمة النجوم الثنائية. واستناداً إلى عمليات المحاكاة الخاصة بهم ، استنتج الفلكيون أن هناك العديد من النتائج المحتملة لمثل هذه التفاعلات السماوية المعقدة.

تؤدي غالبية هذه اللقاءات إلى سيناريوهين محتملين: إما سليمة بالكامل ثنائي ممتاز تم طرده من النظام أو يتم طرد النجوم واحدًا تلو الآخر. لا يمكن أن يحدث السيناريو الأخير إلا بعد ثنائي ممتاز النظام تمزق. ومع ذلك ، وجد الفريق أيضًا العديد من النتائج المحتملة المثيرة للاهتمام الأخرى:

1. التقاط التلال، حيث يتم طرد أحد النجوم المؤسفة وهو يصرخ من النظام ، بينما يتم القبض على النجم الآخر في مدار حول أحد أعضاء الثقب الأسود الثنائي.

2. أحداث اضطراب المد والجزر الفردية (TDEs)، حيث يتمزق أحد النجوم أو كليهما تمامًا. وستكون آثار هذه الكارثة بالذات أن مادة النجوم سوف تتراكم بعد ذلك الثقب الأسود الهائل ثنائي.

3. ستار ميرجرز، حيث يفقد الثنائي النجمى الزخم الزاوي ، ونتيجة لذلك ، يصطدم ويندمج. سينتج هذا السيناريو بالذات عن التفاعل والخروج النهائي من الثقب الأسود الثنائي.

يشير دكتور كوغلين وفريقه إلى أن الاحتمالات الثلاثة الأكثر غرابة قد تكون مفيدة للغاية. هذا لأنهم قد يخلقون إشارات حكاية تتماشى مع ملاحظات معينة. أيضًا ، يمكن لهذه الإشارات أن تخبر علماء الفلك عما يجب البحث عنه في الملاحظات المستقبلية.

على سبيل المثال ، ضعف TDE يمكن أن يفسر بدقة عابرة مزدوجة الذروة مدبلجة ASASSN-15. الملهمة المعجلة ل ثنائي ممتاز يمكن أن يفسر بعض الإشارات العابرة الغنية بالكالسيوم التي اكتشفها الفريق. هذا سيحدث بعد أن تم إطلاق ثنائي النجوم بالفعل من مجرة ​​المضيف بواسطة الثقب الأسود الهائل ثنائي. وفقًا لهذا النموذج ، كان النجمان الفرديان اللذان كانا ذات يوم عضوين في المصير الثنائية– بعد طرد كل من مجرتهم بشكل منفصل – يمكن اكتشافها لاحقًا النجوم المفرطة السرعة التي تعرض خصائص طيفيّة متقاربة على الرغم من أنها على بعد آلاف السنين الضوئية.

النتائج المحتملة العديدة التي يتم تشغيلها من خلال اللقاءات بين النجوم الثنائية و الثنائيات السوداء الهائلة تشير إلى أن هذه الاحتمالات ينبغي التحقيق فيها بشكل أكبر. وقد تساعد النماذج الجديدة علماء الفلك على اكتشاف ما فقدوه.

About the author

Add comment

By user

Recent Posts

Recent Comments

Archives

Categories

Meta