قد تكون الكتلة المليئة بالثقوب السوداء تنفث النجوم

نظرًا لأننا نرسم بدقة نجوم مجرتنا درب التبانة ، يمكننا تحديد الميزات التي تخبرنا عن تاريخها. وتشمل هذه التفاصيل المحلية ، مثل النجوم التي مرت عبر منطقة من خلالها شيء ما تكون قادرة على اكتشاف الأرض. وهي تتضمن هياكل أكبر بكثير ، مثل مسارات النجوم التي خلفتها مجرات أصغر اندمجت مع مجراتنا.

لكن إحدى الميزات التي اكتشفناها كانت مربكة بعض الشيء: مسارات نجوم صغيرة ورقيقة للغاية بحيث لا يمكن أن تأتي من اصطدام مجرة. هناك العشرات منها لم نحدد مصدرًا لها. يشير حجمها إلى أنها جاءت من أ الكتلة الكروية، ولكن لا توجد آلية واضحة لهذه المجموعات لإخراج النجوم بمعدل كافٍ لتوليد هذا النوع من التدفق.

الآن ، اقترح فريق من الباحثين آلية غير واضحة تمامًا: بمرور الوقت ، قد تهيمن الثقوب السوداء على المجموعات العنقودية التي تقذف كل النجوم.

تفكيك

العناقيد الكروية هي مجموعات كثيفة من النجوم تدور حول درب التبانة معًا. إنهم مرتبطون ببعضهم البعض بسبب الجاذبية المتبادلة. ستؤدي التفاعلات المعقدة حتمًا إلى إخراج بعض النجوم ، ولكن ليس بمعدل ملموس ، مما يجعل المجموعات طويلة العمر للغاية.

ومع ذلك ، بدأ الباحثون عملهم من خلال النظر إلى مجموعة كروية غير عادية تسمى بالومار 5 ، ولها ذيل ممتد من النجوم المفقودة ، وكتلتها الكلية صغيرة نسبيًا ، مما يجعلها منتشرة مقارنة بالعناقيد الأخرى التي درسناها. تجعل الكثافة المنخفضة من السهل على Palomar 5 أن يفقد النجوم ، ولكن قد يكون سبب ذلك أيضًا هو فقدان النجوم السابق ، مما تسبب في مشكلة الدجاج والبيض. لذلك ، قرر الباحثون تصميم نموذج لتطور العنقود الكروي ومحاولة إيجاد نموذج يمكنه إنتاج شيء يشبه بالومار 5.

ابتكر الباحثون نموذجًا يأخذ مجموعة من النجوم ويضع نماذج لتفاعلات الجاذبية مع بعضها البعض ودرب التبانة أثناء دورانهم حول مركز المجرة. بفضل بعض المساعدة من مجموعة من وحدات معالجة الرسومات و البرنامج المناسب، كانوا قادرين على تشغيل هذه المحاكاة لمليارات السنين. من خلال تغيير المعلمات ، تمكنوا من العثور على العوامل التي ارتبطت بالمجموعات التي انتهى بها الأمر تبدو مثل Palomar 5.

تبين أن المكون السري هو الثقوب السوداء. عندما بقيت الثقوب السوداء في العنقود بعد تكوينها – مما يعني أن المستعر الأعظم لم ينقل الحركة الكافية لإرسالها إلى مكان آخر في المجرة – فإنها تقذف بالتدريج ما يقرب من 90٪ من كتلة العنقود. يؤدي هذا إلى انخفاض كثافة الكتلة بما يقرب من ثلاث مرات من حيث الحجم ، جزئيًا عن طريق إخراج النجوم وجزئيًا بواسطة الثقوب السوداء التي تطرد الغاز والمواد الأخرى عن طريق تسخينها.

في النموذج الأنسب لـ Palomar 5 ، تم ترك الكتلة مع ما يقرب من ربع محتواها من الثقوب السوداء ، مع 124 منهم في المجموع. كانت هذه الثقوب السوداء أيضًا أكبر بكثير مما كانت عليه في التكوين (يبلغ متوسط ​​الكتلة حوالي 17 ضعف كتلة الشمس) ، مما يشير إلى أنها قد تغذت على نطاق واسع أو خضعت لعمليات اندماج.

المستقبل أسود

نظر الباحثون أيضًا في عمليات تشغيل النماذج التي لم تنتج عنقودًا يشبه بالومار 5 لفهم كيف يمكن للثقوب السوداء أن تؤثر على تطور الكتلة الكروية. العامل الرئيسي الذي يحدد ما إذا كان العنقود لديه مستقبل غني بالثقب الأسود هو كثافته الأولية. إذا كان العنقود النجمي كثيفًا بدرجة كافية ، فإن تفاعلات الجاذبية تميل إلى إخراج الثقوب السوداء قبل أن تتمكن من السيطرة.

إذا كان العنقود يسير على هذا المسار ، فإنه سيخرج أكثر من نصف نجومه خلال فترة ثلاثة مليارات سنة ، وهذا معدل كافٍ لإنشاء مسارات النجوم التي بدأت هذا التحقيق.

في التجمعات منخفضة الكثافة ، تنتهي الثقوب السوداء بالقرب من المركز ، ويتم إخراج النجوم بدلاً من ذلك. يقول الباحثون أنه في ظل بعض الظروف ، يمكن للعنقود أن يتطور إلى النقطة التي يكون فيها ثقبًا أسودًا بنسبة 100٪ ، مع خروج جميع النجوم تقريبًا.

يتمثل الضعف الكبير في النموذج في أنه لا يتضمن التفاعلات بين النجوم والثقوب السوداء والغاز الموجود في العنقود. يمكن أن يتوسط آخر هذه العوامل ، وهو الغاز ، الاحتكاك الذي يمكن أن يبطئ الأجسام ويمنع طردها ، لكن تم استبعاده من النموذج.

على الجانب الإيجابي ، يمكن التحقق من هذا مقابل الواقع. حقيقة أن ذيول تنتج في الغالب خلال المرحلة النهائية لبعض العناقيد تشير إلى أن جزءًا فقط من العناقيد الكروية في مجرة ​​درب التبانة يجب أن يكون لديهم – أربعة تقريبًا. وتتبع حركة النجوم داخل العنقود يجب أن يكون قادرًا على اكتشاف تأثير الجاذبية للثقوب السوداء ، مما يسمح لنا بالحصول على تقدير لأعدادها. لذلك ، من المحتمل أن يتم اختبار هذه الفكرة قبل أن يكون لدينا وحدات معالجة رسومات قوية بما يكفي لتشغيل عمليات محاكاة مماثلة تتضمن الغاز.

علم الفلك الطبيعي، 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01392-2 (حول DOIs).