الفلك

كتلة الثقوب السوداء مقارنة بالنجم الأم

كتلة الثقوب السوداء مقارنة بالنجم الأم


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هو مدى النسبة المئوية للكتلة للنجم الأم المتبقي في الثقب الأسود النجمي بعد تكوينه مباشرة؟

ما هي العوامل التي تحدد هذا الرقم لحالة معينة؟


لا يوجد إجماع عام على هذا. تعطي النماذج التطورية المختلفة نتائج مختلفة. العوامل (بالإضافة إلى الكتلة الأولية للنجم) التي تؤثر على كتلة الثقب الأسود النهائية ستكون معدل دوران السلف ، وتكوينه (أو المعدن) وما إذا كان في نظام ثنائي أم لا ، وما إذا كان هذا النظام الثنائي كان قادرًا على نقل الكتلة.

يُعتقد أن الدوران مهم لأنه يؤثر على المزج الداخلي وبالتالي معدل إمداد الوقود إلى القلب والفئران التي تصل بها المواد المعالجة إلى السطح ، مما يؤثر على تكوين الغلاف الجوي. يمكن أن يعزز أيضا فقدان الكتلة.

التركيبة مهمة لأن فقدان الكتلة مدفوع بالإشعاع والعتامة الإشعاعية أعلى للتركيبات المعدنية العالية.

مجموعة من الحسابات بواسطة Heger et al. (2003) هي واحدة من الأعمال الأساسية حول هذا الموضوع. يوجد أدناه مخطط للكتلة الأولية مقابل الكتلة المتبقية للنجوم ذات الوفرة البدائية للانفجار العظيم (صفر معدنية أولية) ثم نفس الشيء مرة أخرى للنجوم ذات الفلزية الشمسية.

نسبة الخط الأحمر إلى الخط المنقط "لا خسارة الكتلة" تعطي الكسر الذي تبحث عنه. في النجوم المعدنة الصفرية (البدائية) تزداد من 10-40٪ للكتل الأولية من 25-100 كتلة شمسية وربما تكون أعلى بالنسبة للنجوم فائقة الكتلة من المجموعة الثالثة. (أؤكد أن هذه هي النتائج النظرية).

بالنسبة للنجوم المعدنية الشمسية ، فإن النتائج مختلفة بعض الشيء. تختلف نسبة الخط الأحمر إلى الخط المنقط من 10-25٪ للكتلة الشمسية من 25 إلى 40 ، ولكن ليس من الواضح بعد ذلك ما إذا كان يمكن للثقوب السوداء أن تتشكل حتى في كتل أكبر بسبب معدلات فقدان الكتلة الأعلى بكثير (انظر الفرق بين الخط المنقط والمنحنى الأزرق).


يتعلق سؤالك بتكوين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ، والتي تتكون نتيجة لانفجار مستعر أعظم من النوع الثاني أو النوع الأول. يحدث هذا عندما ينهار قلب نجم ضخم بسبب جاذبيته الذاتية ، مما يؤدي إلى إطلاق سريع للطاقة من خلال التفاعلات النووية. يضفي هذا قدرًا هائلاً من الطاقة على شكل فوتونات ونيوترينوات لبقية النجم ، مما يؤدي إلى تفجير النجم. تصبح هذه المنطقة المركزية إما نجمًا نيوترونيًا أو عندما تكون كتلة هذه المنطقة الأساسية عالية بما يكفي ، تنهار مباشرة في ثقب أسود. في حين أن النجوم التي يمكن أن تنفجر عبر هذه القناة نادرة في مجرة ​​درب التبانة ، أي بالمقارنة مع نجوم مثل شمسنا ، فمن المحتمل أن يكون هناك مليارات من النجوم النيوترونية والثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية التي تشكلت من خلال هذه العملية.

النجوم التي تنفجر على شكل مستعر أعظم هي بالفعل ضخمة ، وتزن كتلتها على الأقل 8 أضعاف كتلة الشمس. تلك التي تنتج ثقوبًا سوداء في المركز أعلى من ذلك ، وعادة ما تكون أعلى من 20 كتلة شمسية تقريبًا أو نحو ذلك (هذا الرقم محل نزاع ... بعض الفيزياء النووية في هذه البيئات القاسية غير مؤكدة).

قد يلقي الشكل 2 من هذه الورقة بعض الضوء (...) على سؤالك. ركض هذا البحث على مجموعة من نماذج التطور النجمي لتتبع مقدار الكتلة التي تم طردها أثناء الانفجار ومقدار الكتلة المتبقية بعد الانفجار. يعطي المحور الأفقي الكتلة الأصلية للنجم (بوحدات كتلة الشمس ، على سبيل المثال ، القيمة 10 تعني 10 أضعاف كتلة الشمس) ، والدوائر الصلبة تحدد الكتلة النهائية لبقايا البقايا - وهي إما نجم نيوتروني أو ثقب أسود. يعطي المحور الرأسي كتلة البقايا. للأسف قرروا استخدام الفضاء اللوغاريتمي للمحور العمودي ، على الرغم من أن النطاق يزيد فقط عن ترتيب واحد من حيث الحجم. للحصول على المقدار الفعلي للكتلة ، عليك التراجع عن لوغاريتم الأساس 10. على سبيل المثال ، إذا كانت قيمة النقطة السوداء 0.3 على المحور الرأسي ، فإن كتلة البقايا ستكون 10 ^ (0.3) = 2.0 ضعف كتلة الشمس. ستكون القيمة 0.6 تساوي 10 ^ (0.6) = 3.98 ضعف كتلة الشمس ، وما إلى ذلك. لقد أخذوا في الاعتبار عدة آليات مختلفة للانفجار عند الكتل الأعلى (تذكر أن الأمور تصبح غير مؤكدة كلما زاد حجم النجم) ، ولهذا بعض القيم الأفقية لها نقاط سوداء متعددة. إذا كنت فضوليًا ، فإن الانفجارات الأضعف يمكن أن تسمح لبعض المواد بالسقوط مرة أخرى على البقايا ، مما ينتج عنه نقطة سوداء أعلى في المؤامرة.

بغض النظر ، يمكنك أن ترى ، على سبيل المثال ، أن نجمًا من 20 كتلة شمسية يخلق بقايا كتلة شمسية 10 ^ (0.3) = 2. قد ينتج عن نجم كتلته 30 شمسيًا بقايا تبلغ كتلتها ما بين 2 و 4 أضعاف كتلة الشمس. في جميع الحالات ، تُفقد غالبية الكتلة الأصلية للنجم.

يمكنك أيضًا إلقاء نظرة على مؤامرات هذه الورقة أيضًا. يبدو أن هذه الورقة قامت بعمل أكثر حذراً قليلاً. ومع ذلك ، لا تزال أي من الورقتين تعطيك الصورة الأساسية.

(بصرف النظر: الشكل 2 مخصص للنجوم "المعدنية الشمسية" ، وهو ما يعني "النجوم التي قد تجدها في مجرة ​​درب التبانة." الشكل 1 مخصص للنجوم التي تشكلت في بدايات الكون ، قبل وجود كمية كبيرة من العناصر التي تتجاوز الهيليوم تم تشكيلها.)


الثقوب السوداء المتوسطة الكتلة

تشير التوقيعات الديناميكية والتراكمية على حد سواء إلى جزء كبير من 10 9 –10 10 م المجرات التي تستضيف ثقوبًا سوداء مع مBH∼ 10 5 م. في المقابل ، لا توجد اكتشافات صلبة للثقوب السوداء في الحشود الكروية.

توجد قيود رصد قليلة على الثقوب السوداء في أي بيئة بها مBH ≈ 100-10 4 م.

بالنظر إلى المجرات منخفضة الكتلة ذات كتل ثقوب سوداء ديناميكية وحدود مقيدة ، نجد أن مBH- σ* تواصل العلاقة دون انقطاع مBH ∼10 5 م، وإن كان ذلك مع تناثر كبير. نعتقد أن التشتت مدفوع جزئيًا على الأقل بمدى واسع في كتل الثقب الأسود ، لأن جزء الاحتلال يبدو مرتفعًا نسبيًا في هذه المجرات.

نحن نطوي علاقات القياس المرصودة مع حدودنا التجريبية على جزء الاحتلال ووظيفة كتلة المجرة لوضع حدود المراقبة على وظيفة كتلة الثقب الأسود في نوى المجرة.

نحن متشائمون من أن الملاحظات الديموغرافية المحلية لنواة المجرة وحدها يمكن أن تقيد آليات البذر ، على الرغم من أن وظائف اللمعان ذات الانزياح الأحمر العالي أو القياسات القوية للثقوب السوداء غير النووية يمكن أن تبدأ في تمييز النماذج.


الثقب الأسود القريب Cyg X-1 أضخم مما كان يعتقد

تشير دراسة جديدة إلى أن أحد أقرب الثقوب السوداء من الأرض ، وأول ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق ، هو أبعد وأضخم مما كنا نظن.

نُشرت الدراسة & # 8211 في 18 فبراير 2021 في مجلة مراجعة الأقران علم & # 8211 يقول أن Cygnus X-1 يبعد حوالي 7200 سنة ضوئية عن الأرض ، وهو أبعد بنسبة 20٪ مما كان يعتقده علماء الفلك سابقًا. قبل إجراء القياسات الجديدة للدراسة ، كان يعتقد أن الثقب الأسود يبعد حوالي 6100 سنة ضوئية و 15 ضعف كتلة الشمس. مع زيادة المسافة ، يُعتقد الآن أن Cygnus X-1 أكبر بنسبة 50 ٪ من التقديرات السابقة. هذا سيجعل هذا الثقب الأسود كتلته حوالي 21 ضعف كتلة شمسنا.

القياسات الجديدة تجعل Cygnus X-1 أكبر ثقب أسود ذو كتلة نجمية تم العثور عليه على الإطلاق دون استخدام موجات الجاذبية.

يُظهر مفهوم Artist & # 8217s رفيقًا نجميًا (باللون الأزرق) يفقد الغاز في الثقب الأسود Cygnus X-1. هذا التفاعل بين الرفيق والثقب الأسود هو ما ينتج الإشعاع. هذا الإشعاع هو ما يتيح لعلماء الفلك دراسة الثقب الأسود. الصورة عبر Phys.org/ المركز الدولي لأبحاث علم الفلك الراديوي.

جاءت استنتاجات الدراسة الجديدة من الملاحظات الجديدة للمسافة إلى الثقب الأسود. قام فريق دولي من علماء الفلك بحساب القيم الجديدة بعد الوقت الذي يقضيه في مراقبة Cyg X-1 باستخدام صفيف خط الأساس طويل جدًا. The Long Baseline Array هو تلسكوب لاسلكي يتكون من 10 أطباق مختلفة منتشرة في نصف الكرة الأرضية: من هاواي ، إلى المواقع المنتشرة في الولايات المتحدة القارية ، إلى جزر فيرجن الأمريكية. لا يستخدم التلسكوب أطباقه الواسعة الانتشار فحسب ، بل يستخدم مدار الأرض حول الشمس ، كما هو موضح في الفيديو أدناه. يمكن لمجموعة التلسكوب هذه أن تسجل أفلامًا بفواصل زمنية لغاز فائق الشحن يبتعد عن الثقوب السوداء.

استخدم علماء الفلك القياسات المأخوذة من Cyg X-1 وضواحيها من عام 2011 وقارنوها بالملاحظات الأخيرة التي تم التقاطها على مدار ستة أيام. من خلال ملاحظة مقدار تحرك الثقب الأسود والغاز والغبار المرتبط به مقارنة بالنجوم الخلفية ، يمكنهم الحصول على تقدير لمدى بعد الثقب الأسود.

تتحدى القياسات الجديدة ما يعرفه علماء الفلك عن هذه الفئة من الثقوب السوداء. أوضح إيليا مانديل من جامعة موناش ومركز ARC للتميز في اكتشاف الموجات الثقالية:

تفقد النجوم كتلتها في البيئة المحيطة بها من خلال الرياح النجمية التي تهب بعيدًا عن سطحها. ولكن لجعل ثقب أسود بهذا الثقل ، نحتاج إلى تقليل كمية الكتلة التي تفقدها النجوم الساطعة خلال حياتها. بدأ الثقب الأسود في نظام Cygnus X-1 حياته كنجم تبلغ كتلته حوالي 60 ضعف كتلة الشمس وانهار منذ عشرات الآلاف من السنين. بشكل لا يصدق ، إنه & # 8217s يدور حول نجمه المصاحب & # 8211 عملاقًا فائقًا & # 8211 كل 5 أيام ونصف في 1/5 فقط من المسافة بين الأرض والشمس. تخبرنا هذه الملاحظات الجديدة أن الثقب الأسود يزيد عن 20 ضعف كتلة شمسنا ، بزيادة قدرها 50٪ عن التقديرات السابقة.

هذه الحدود المتطرفة لها تأثير على معدل دوران الثقب الأسود أيضًا. يُعتقد الآن أن Cygnus X-1 تدور بالقرب من سرعة الضوء وأسرع من أي ثقب أسود آخر تم العثور عليه حتى الآن.

تُظهر صورة بصرية مأخوذة من Digitized Sky Survey منطقة الثقب الأسود Cygnus X-1 الموضحة في مربع أحمر. يقع Cygnus X-1 بالقرب من مناطق نشطة كبيرة لتكوين النجوم في مجرة ​​درب التبانة ، كما يظهر في هذه الصورة التي تمتد على حوالي 700 سنة ضوئية. الصورة عبر NASA / Digitized Sky Survey.

الخلاصة: تكشف القياسات الجديدة للمسافة إلى الثقب الأسود المعروفة باسم Cygnus X-1 أنه بعيد جدًا ، وبالتالي فهو أكبر حجمًا مما كان يُعتقد سابقًا.


الخوض في لغز نفاثات الثقب الأسود

إن مفهوم نفاثة الثقب الأسود ليس مفهومًا جديدًا ، ولكن لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه عن مزيج الجسيمات الموجودة بالقرب منها. من خلال استخدام مرصد ESA & # 8217s XMM-Newton ، ألقى علماء الفلك نظرة على ثقب أسود في مجرتنا ووجدوا بعض النتائج المدهشة.

كما نعلم ، تأخذ الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية مواد من النجوم القريبة. يتم سحب المادة من هذه النجوم المصاحبة بعيدًا عن الجسد الأم باتجاه الثقب الأسود وتشع درجة حرارة شديدة لدرجة أنها تبعث أشعة سينية. ومع ذلك ، فإن الثقب الأسود لا يستوعب دائمًا كل ما يأتي في طريقه. في بعض الأحيان يرفضون أجزاء صغيرة من هذه الكتلة الواردة ، ويدفعونها بعيدًا في شكل مجموعة من النفاثات القوية. تغذي هذه النفاثات أيضًا المناطق المحيطة ، وتطلق كل من الكتلة والطاقة & # 8230 تسرق من الثقب الأسود من الوقود.

من خلال دراسة التركيب النفاث ، يمكن للباحثين تحديد ما يتم التقاطه في الثقب الأسود بشكل أفضل وما لا يفعل ذلك. من خلال الملاحظات المأخوذة على طول الموجة الراديوية للطيف الكهرومغناطيسي ، رأينا إلكترونات تتصادم بسرعة الضوء تقريبًا. ومع ذلك ، لم يتم تحديد & # 8217t بوضوح ما إذا كانت الشحنة السالبة للإلكترونات مكملة بجزيئاتها المضادة ، والبوزيترونات ، أو بالأحرى بجسيمات أثقل مشحونة إيجابيًا في النفاثات ، مثل البروتونات أو النوى الذرية. & # 8221 مع XMM- قوة نيوتن & # 8217s وراءهم ، أتيحت لعلماء الفلك الفرصة لفحص نظام ثنائي للثقب الأسود يسمى 4U1630–47 & # 8211 ، وهو مرشح معروف بوجود فورات غير متوقعة من الأشعة السينية لفترات زمنية تمتد بين شهور وسنوات.

تقول ماريا دياز تريغو من المرصد الأوروبي الجنوبي في ميونيخ بألمانيا ، المؤلفة الرئيسية للورقة التي نُشرت في مجلة Nature: "وجدنا في ملاحظاتنا علامات على نوى شديدة التأين لعنصرين ثقلين ، الحديد والنيكل". "جاء الاكتشاف بمثابة مفاجأة - وهو اكتشاف جيد ، لأنه يُظهر بما لا يدع مجالاً للشك أن تكوين نفاثات الثقب الأسود أغنى بكثير من مجرد الإلكترونات."

خلال سبتمبر 2012 ، لاحظ فريق من علماء الفلك برئاسة الدكتور دياز تريغو والمتعاونين معه ، 4U1630–47 مع XMM-Newton. كما دعموا ملاحظاتهم بملاحظات راديوية شبه متزامنة مأخوذة من مصفوفة مضغوط تلسكوب أستراليا. على الرغم من أن الدراسات أجريت بالقرب من بعضها البعض & # 8211 في غضون أسبوعين فقط & # 8211 ، لا يمكن أن تكون النتائج أكثر اختلافًا.

وفقًا لفريق Trigo & # 8217s ، التقطت المجموعة الأولية من الملاحظات توقيعات الأشعة السينية من قرص التراكم ، ولكن لم يكن هناك نشاط في النطاق اللاسلكي. هذا مؤشر على أن الطائرات كانت & # 8217t نشطة في ذلك الوقت. ومع ذلك ، في المجموعة الثانية من الملاحظات ، كان هناك نشاط في كل من الأشعة السينية والراديو & # 8230 تم تشغيل الطائرات مرة أخرى! أثناء فحص بيانات الأشعة السينية من المجموعة الثانية ، وجدوا أيضًا نوى حديدية في حالة حركة. كانت هذه الجسيمات تتحرك باتجاه XMM-Newton وبعيدًا عنها ، مما يثبت أن الأيونات كانت جزءًا من نفاثات مزدوجة موجهة في اتجاهين متعاكسين. ومع ذلك ، هذا ليس كل شيء. كان هناك أيضًا دليل على أن نوى النيكل تشير إلى المرصد.

يقول المؤلف المشارك جيمس ميلر جونز من عقدة جامعة كيرتن في جامعة كيرتن: "من خلال" بصمات أصابع "الحديد والنيكل ، يمكننا أن نظهر أن سرعة الطائرة عالية جدًا ، حوالي ثلثي سرعة الضوء" المركز الدولي لبحوث الفلك الراديوي في بيرث ، أستراليا.

علاوة على ذلك ، فإن وجود نوى ذرية ثقيلة في نفاثات الثقب الأسود يعني أن الكتلة والطاقة يتم نقلهما بعيدًا عن الثقب الأسود بكميات أكبر بكثير مما كنا نعتقد سابقًا ، مما قد يكون له تأثير على آلية ومعدل الثقب الأسود يضيف المؤلف المشارك سيموني ميلياري من جامعة برشلونة ، إسبانيا.

نتائج جديدة مذهلة؟ حسنًا & # 8230 نعم. بالنسبة للثقب الأسود ذي الكتلة النجمية النموذجية ، فهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف نوى ثقيلة داخل النفاثات. اعتبارًا من الوقت الحاضر ، يوجد فقط & # 8220 ثنائيًا آخر للأشعة السينية يُظهر تواقيع مماثلة من النوى الذرية في نفاثاته - وهو مصدر يُعرف باسم SS 433. ومع ذلك ، يتميز نظام الثقب الأسود هذا بمعدل تراكم عالٍ بشكل غير عادي ، مما يجعل من الصعب مقارنة خصائصه بخصائص الثقوب السوداء الأكثر شيوعًا. & # 8221 من خلال هذه الملاحظات الجديدة لـ 4U1630–47 ، سيتمكن علماء الفلك من ملء فجوات المعلومات حول أسباب حدوث النفاثات في أقراص تراكم الثقوب السوداء وما يقودهم.

يقول نوربرت شارتل ، ESA & # 8217s XMM: "على الرغم من أننا نعرف الآن الكثير عن الثقوب السوداء وما يحدث حولها ، إلا أن تكوين النفاثات لا يزال يمثل لغزًا كبيرًا ، لذا فإن هذه الملاحظة هي خطوة كبيرة إلى الأمام في فهم هذه الظاهرة الرائعة" -عالم مشروع نيوتن.


هل يكتسب النجم كتلة ليصنع ثقبًا أسود؟

إذا كان الثقب الأسود هو بقايا نجم منهار كبير للغاية ، فكيف تزيد جاذبية النجم الميت لتكوين الثقب الأسود؟ من الواضح أن الضوء قد يفلت من جاذبية النجم ويتكون الثقب الأسود من النجم الميت ، ولكن بمجرد تكوين الثقب الأسود ، لا يمكن للضوء الهروب. هل الكتلة تزداد بطريقة ما عند موت النجم؟

إن الثقب الأسود القياسي الخاص بك هو في الواقع بقايا نجم كبير للغاية منهار ، مع وجود بقايا في مكان ما بين 5-20 مرة أكبر من شمسنا. ومع ذلك ، إذا تركنا الطبيعة تنتج ثقبًا أسود ، فإن الثقب الأسود الذي ينتج في نهاية انفجار سوبر نوفا هو في الواقع بشكل كبير أقل ضخم من النجم الذي كان عليه من قبل.

يأتي جزء من الانخفاض في الكتلة بين النجم والثقب الأسود في السنوات التي سبقت المستعر الأعظم ، عندما يفقد النجم عادةً جزءًا كبيرًا من كتلته. نظرًا لأن النجم قد توسع كثيرًا كجزء من طور العملاق الأحمر ، فإنه لا يمتلك سوى قبضة جاذبية فضفاضة على الطبقات الخارجية من غلافه الجوي ، ويمكن دفعها بسهولة بعيدًا عن النجم بواسطة الرياح النجمية. تتمتع شمسنا برياح نجمية أيضًا ، وهذا أحد الأسباب التي تجعل المريخ لا يزال يفقد غلافه الجوي للفضاء - وهو أيضًا السبب في أن الغلاف المغناطيسي للأرض يعد ميزة رائعة لكوكبنا ، فنحن محميون من هذا النوع من الانفجار الجوي من قبل شمس. ومع ذلك ، فإن الرياح النجمية للشمس تسحب معها عددًا أقل من الجسيمات ، مقارنةً بنجم عملاق أحمر ، وبالتالي فإن فقدان كتلة الشمس يكون أقل بكثير مما لو كان عملاقًا أحمر.

لقد فقد النجم بشكل استباقي بعض الكتلة التي كان يحتويها قبل أن يصبح عملاقًا أحمر ، ولكن هناك أيضًا انفجار المستعر الأعظم نفسه الذي يجب مراعاته. جزء كبير من المادة التي تُركت داخل النجم تنفجر إلى الخارج بسرعة وساخنة بما يكفي لتتحول إلى أي غاز وغبار قريب وتنتج أشعة سينية. إنه في الحقيقة جوهر النجم فقط الذي يبقى ثابتًا ، ويمكن ضغطه في الثقب الأسود.

إذا تحولت كتلة النجم جزئيًا فقط إلى ثقب أسود ، فأنا في الواقع قد جعلت التناقض في سؤالك أسوأ. كيف يكون الجاذبية لنجم أكبر بكثير (يمكن للضوء الهروب منه) أضعف بكثير من الثقب الأسود المكون من جزء صغير فقط من النجم (الذي لا يستطيع الضوء الهروب منه)؟

يتم تحديد قوة الجاذبية من جسم كبير على جسم صغير ، في أي نقطة في الفضاء ، فقط من خلال كتلة الجسم الثقيل ، وكتلة الجسم الأصغر ، والمسافة بين مركزي الجسمين. لذلك ، وفقًا لهذا المنطق ، إذا كنت ساحرًا كونيًا واستبدلت الشمس بثقب أسود متساوي الكتلة ، فلن يتغير أي من هذه المعلمات بالنسبة للكواكب. لم تغير الكواكب كتلتها ، أو بعدها عن مركز النظام الشمسي حيث كانت الشمس في السابق ، وإذا كانت الشمس والثقب الأسود هما نفس الكتلة ، فإن النظام بأكمله متطابق من حيث الجاذبية.

من الواضح أن هناك بعض الاختلافات التجميلية بين الثقب الأسود والنجم في هذا السيناريو ، ولكن من منظور الجاذبية ، تظهر الاختلافات فقط عندما تبدأ في الاقتراب جدًا من الأجسام. على سطح الشمس ، حيث يهرب الضوء من النجم ويتدفق نحو بقية الكون ، ما زلنا على بعد 432700 ميل (696000 كيلومتر) من مركز الشمس. من ناحية أخرى ، يعتبر الثقب الأسود جسمًا أكثر كثافة ، لذا يمكنك الاقتراب كثيرًا من مركزه مع الاحتفاظ بكتلة الثقب الأسود بالكامل لمواجهتها. إنه هذا كثافة هذا هو الفرق بين أن يكون الضوء قادرًا على الهروب أم لا.

بالنسبة لسيناريو التبادل السحري الخاص بنا ، يجب أن تحصل على مسافة 1.83 ميل (2.95 كيلومترًا) من الإحداثيات التي تحدد مركز الشمس (أو المكان الذي كانت عليه من قبل) قبل أن تعبر أفق الحدث ، حيث لن يكون الضوء موجودًا. قادر على الهروب. داخل هذا المجال ، على بعد 3.66 ميلاً من الحافة إلى الحافة ، توجد الكتلة الكاملة لشمسنا الحالية ، معبأة في مساحة واحدة من الوخز ، بدلاً من ملء 432700 ميل من الفضاء.

إنه نفس السيناريو مع الثقب الأسود الذي تم إنتاجه في نهاية المستعر الأعظم ، حيث لم تنمو كتلة الثقب الأسود ، أو وسع نطاق جاذبيته - إنه ببساطة أكثر كثافة بكثير ، لذلك يمكنك (أو الضوء) الاقتراب كثيرًا من المركز من الثقب الأسود ، بينما لا يزال يتم سحبه من قبل الكتلة الكاملة للثقب الأسود. هذا المزيج من القرب وتركيز الكتلة هو الذي ينتج عنه الجاذبية المتطرفة التي وصلنا لربطها بالثقوب السوداء!


قد يكون "أصطدام الثقب الأسود الأثقل" الذي تم اكتشافه بواسطة موجات الجاذبية في الواقع من اندماج نجم البوزون

اقترح فريق دولي من العلماء بقيادة معهد غاليسيان لفيزياء الطاقة العالية وجامعة أفيرو ، بما في ذلك طالب جامعي من قسم الفيزياء في الجامعة الصينية في هونغ كونغ (CUHK) ، اصطدام جسمين مدمجين غريبين معروفين باسم نجوم البوزون كتفسير بديل لأصل إشارة موجة الجاذبية GW190521. النجوم الافتراضية هي من بين أبسط الأجسام المدمجة الغريبة المقترحة وتشكل المادة المظلمة المرشحة بشكل جيد. ضمن هذا التفسير ، الفريق قادر على تقدير كتلة مكون جديد من الجسيمات لهذه النجوم ، وهو بوزون فائق الخفة بكتلة أصغر بمليارات المرات من كتلة الإلكترون. تم نشر تحليلهم في المجلة رسائل المراجعة البدنية في 24 فبراير 2021.

يقود الفريق الدكتور خوان كالديرون بوستيلو ، الأستاذ السابق من قسم الفيزياء في CUHK والآن "La Caixa Junior Leader - Marie Curie Fellow" ، في معهد Galician لفيزياء الطاقة العالية ، والدكتور Nicolás Sanchis -جوال ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أفيرو وفي المعهد التقني العالي (جامعة لشبونة). جاء المتعاونون الآخرون من جامعة فالنسيا وجامعة أفيرو وجامعة موناش. كما شارك سامسون هين واي ليونج ، طالب السنة الثانية في جامعة CUHK.

موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان الذي ينتقل بسرعة الضوء. تم التنبؤ بها في نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، وقد نشأت في الأحداث الأكثر عنفًا في الكون ، وتحمل معلومات حول مصادرها. منذ عام 2015 ، لاحظت الكاشفات المتقدمة لمرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) و Virgo حوالي 50 إشارة موجة ثقالية نشأت في اندماج ودمج اثنين من أكثر الكيانات غموضًا في الكون - الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية.

في سبتمبر 2020 ، أعلن LVC ، الهيئة المشتركة بين LIGO Scientific Collaboration و Virgo Collaboration ، عن اكتشاف إشارة موجة الجاذبية GW190521. وفقًا لتحليل LVC ، الذي شاركت فيه مجموعة CUHK بقيادة البروفيسور Tjonnie Li ، الأستاذ المساعد بقسم الفيزياء في CUHK ، كانت الإشارة متسقة مع تصادم ثقبين أسودين كتلتهما 85 و 66 ضعف كتلة الكتلة. الشمس ، التي أنتجت ثقبًا أسودًا نهائيًا كتلته 142 شمسيًا. كان الأخير هو أول عضو يُعثر عليه على الإطلاق في عائلة ثقب أسود جديدة - ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. وفقًا للبروفيسور Tjonnie Li ، كان هذا الاكتشاف ذا أهمية قصوى لأن مثل هذه الثقوب السوداء كانت تعتبر منذ فترة طويلة الحلقة المفقودة بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية التي تتشكل من انهيار النجوم ، والثقوب السوداء الهائلة التي تختبئ في مركز ما يقرب من كل مجرة.

على الرغم من أهميتها ، فإن ملاحظة GW190521 تشكل تحديًا هائلاً للفهم الحالي لتطور النجوم ، لأن أحد الثقوب السوداء المندمجة له ​​حجم "محظور". التفسير البديل الذي اقترحه الفريق يجلب اتجاهًا جديدًا للدراسة. أوضح الدكتور نيكولاس سانشيس-غوال: "النجوم البوزونية هي أجسام مضغوطة تقريبًا مثل الثقوب السوداء ، ولكن على عكسها ، ليس لها سطح" اللاعودة "أو أفق الحدث. عندما تصطدم ، فإنها تشكل نجمًا بوزونيًا يمكن أن يصبح غير مستقر ، وينهار في النهاية إلى ثقب أسود ، وينتج إشارة تتفق مع ما لاحظه LVC العام الماضي. على عكس النجوم العادية ، والتي تتكون مما نعرفه عمومًا على أنه مادة ، تتكون نجوم البوزونات من بوزونات فائقة الخفة. هذه البوزونات هي واحدة من أكثر المواد المرشحة جاذبية لتشكيل المادة المظلمة التي تشكل حوالي 27٪ من الكون ".

قارن الفريق إشارة GW190521 بالمحاكاة الحاسوبية لعمليات اندماج نجم البوزون ووجدوا أن هذه في الواقع تفسر البيانات بشكل أفضل قليلاً من التحليل الذي أجراه LVC. تشير النتيجة إلى أن المصدر سيكون له خصائص مختلفة عما هو مذكور سابقًا. قال الدكتور خوان كالديرون بوستيلو: "أولاً ، لن نتحدث عن اصطدام الثقوب السوداء بعد الآن ، مما يلغي مسألة التعامل مع الثقب الأسود المحظور. ثانيًا ، نظرًا لأن عمليات اندماج نجم البوزون أضعف بكثير ، فإننا نستنتج مسافة أقرب بكثير من تلك التي يقدرها LVC. يؤدي هذا إلى كتلة أكبر بكثير للثقب الأسود النهائي ، حوالي 250 كتلة شمسية ، لذا فإن حقيقة أننا شهدنا تكوين ثقب أسود متوسط ​​الكتلة تظل صحيحة ".

أوضح البروفيسور توني فونت ، من جامعة فالنسيا وأحد المؤلفين المشاركين ، أنه على الرغم من أن التحليل يميل إلى تفضيل فرضية الثقوب السوداء المندمجة "بالتصميم" ، فإن عملية دمج نجم البوزونات تفضل في الواقع بشكل طفيف من خلال البيانات ، على الرغم من أنه في بطريقة غير قاطعة. على الرغم من أن الإطار الحسابي لمحاكاة النجوم البوزونية الحالية لا يزال محدودًا إلى حد ما ويخضع لتحسينات كبيرة ، سيطور الفريق نموذجًا أكثر تطورًا ويدرس ملاحظات موجات الجاذبية المماثلة في ظل افتراض اندماج نجم البوزون.

وفقًا لمؤلف مشارك آخر ، الأستاذ كارلوس هيرديرو من جامعة أفيرو ، فإن الاكتشاف لا يتضمن فقط الملاحظة الأولى للنجوم البوزونية ، ولكن أيضًا لبنة بنائها ، وهي جسيم جديد يُعرف باسم البوزون الخفيف للغاية. تم اقتراح مثل هذه البوزونات فائقة الخفة كمكونات لما نعرفه بالمادة المظلمة. علاوة على ذلك ، يمكن للفريق في الواقع قياس كتلة جسيم المادة المظلمة الجديد المفترض ويتم التخلص من قيمة الصفر بثقة عالية. إذا تم تأكيد ذلك من خلال التحليل اللاحق لـ GW190521 وغيره من ملاحظات موجات الجاذبية ، فإن النتيجة ستوفر أول دليل على الملاحظة لمرشح المادة المظلمة الذي طال انتظاره.

أضاف Samson Hin Wai Leong ، وهو طالب انضم إلى برنامج التدريب البحثي الصيفي في CUHK ، "لقد عملت مع البروفيسور كالديرون بوستيلو على تصميم برنامج هذا المشروع ، والذي أدى بنجاح إلى تسريع حسابات الدراسة ، وفي النهاية كنا قادرون على إصدار نتائجنا فورًا بعد نشر LVC لتحليلهم. إنه لمن المثير العمل على حدود الفيزياء مع فريق متعدد الثقافات والتفكير في البحث عن أصل "أغمق" للتموجات في الزمكان ، وفي نفس الوقت إثبات وجود جسيم المادة المظلمة. "

المرجع: & # 8220GW190521 كدمج لنجوم بروكا: بوزون متجه جديد محتمل بحجم 8.7 × 10 13 eV & # 8221 بواسطة Juan Calderón Bustillo ، Nicolas Sanchis-Gual ، Alejandro Torres-Forné ، José A. Font ، Avi Vajpeyi ، Rory سميث ، وكارلوس هيرديرو ، ويوجين رادو ، وسامسون إتش دبليو ليونج ، 24 فبراير 2021 ، رسائل المراجعة البدنية.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.081101


تتحكم الثقوب السوداء الهائلة في تكوين النجوم في المجرات الكبيرة

تتوهج المجرات الشابة بنجوم جديدة لامعة تتشكل بمعدل سريع ، لكن تشكيل النجوم يتوقف في النهاية مع تطور المجرة. دراسة جديدة نشرت في 1 كانون الثاني (يناير) 2018 في طبيعة، يوضح أن كتلة الثقب الأسود في مركز المجرة تحدد مدى سرعة حدوث "إخماد" تشكل النجوم.

تحتوي كل مجرة ​​ضخمة على ثقب أسود مركزي فائق الكتلة ، أكبر بمليون مرة من كتلة الشمس ، ويكشف عن وجودها من خلال تأثيرات الجاذبية على نجوم المجرة ، وفي بعض الأحيان يكون مصدر طاقة الإشعاع النشط من نواة مجرة ​​نشطة (AGN). يُعتقد أن الطاقة المتدفقة إلى المجرة من نواة مجرة ​​نشطة توقف تكوين النجوم عن طريق تسخين وتبديد الغاز الذي سيتكثف في النجوم أثناء تبريده.

كانت هذه الفكرة موجودة منذ عقود ، ووجد علماء الفيزياء الفلكية أن محاكاة تطور المجرات يجب أن تتضمن ردود فعل من الثقب الأسود من أجل إعادة إنتاج الخصائص المرصودة للمجرات. لكن الدليل المرصود على وجود علاقة بين الثقوب السوداء فائقة الكتلة وتكوين النجوم كان مفقودًا حتى الآن.

قال جان برودي ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز وأحد مؤلفي الورقة البحثية: "لقد كنا نطلب ردود الفعل لجعل عمليات المحاكاة تعمل ، دون أن نعرف حقًا كيف تحدث". "هذا هو أول دليل رصد مباشر حيث يمكننا رؤية تأثير الثقب الأسود على تاريخ تشكل النجوم في المجرة."

تكشف النتائج الجديدة عن تفاعل مستمر بين نشاط الثقب الأسود وتكوين النجوم طوال حياة المجرة ، مما يؤثر على كل جيل من النجوم التي تشكلت مع تطور المجرة.

بقيادة المؤلف الأول Ignacio Mart & iacuten-Navarro ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز ، ركزت الدراسة على المجرات الضخمة التي تم قياس كتلة الثقب الأسود المركزي فيها في دراسات سابقة عن طريق تحليل حركات النجوم بالقرب من مركز المجرة. . لتحديد تاريخ تشكل النجوم للمجرات ، قام Mart & iacuten-Navarro بتحليل الأطياف التفصيلية لضوءها الذي تم الحصول عليه بواسطة Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

يتيح التحليل الطيفي لعلماء الفلك فصل وقياس الأطوال الموجية المختلفة للضوء من الجسم. استخدم Mart & iacuten-Navarro تقنيات حسابية لتحليل طيف كل مجرة ​​واستعادة تاريخ تكوين النجوم من خلال إيجاد أفضل مزيج من المجموعات النجمية لتناسب البيانات الطيفية. قال: "يخبرك مقدار الضوء الذي يأتي من مجموعات نجمية من مختلف الأعمار".

عندما قارن تاريخ تكوين النجوم في المجرات بالثقوب السوداء ذات الكتل المختلفة ، وجد اختلافات مذهلة. ترتبط هذه الاختلافات فقط بكتلة الثقب الأسود وليس مع مورفولوجيا المجرة أو الحجم أو الخصائص الأخرى.

"بالنسبة للمجرات التي لها نفس كتلة النجوم ولكن كتلة ثقوب سوداء مختلفة في المركز ، فإن تلك المجرات ذات الثقوب السوداء الأكبر تم إخمادها في وقت أبكر وأسرع من تلك ذات الثقوب السوداء الأصغر. لذلك استمر تكوين النجوم لفترة أطول في تلك المجرات ذات الثقوب السوداء المركزية الأصغر ، "قال Mart & iacuten-Navarro.

بحث باحثون آخرون عن الارتباطات بين تكوين النجوم وإشراق نوى المجرة النشطة ، ولكن دون جدوى. قال Mart & iacuten-Navarro أن ذلك قد يكون بسبب اختلاف المقاييس الزمنية تمامًا ، حيث يحدث تكوين النجوم على مدى مئات الملايين من السنين ، بينما تحدث الانفجارات من نوى المجرة النشطة خلال فترات زمنية أقصر.

يكون الثقب الأسود فائق الكتلة مضيئًا فقط عندما يلتهم بفاعلية المادة من المناطق الداخلية للمجرة المضيفة. نوى المجرة النشطة متغيرة للغاية وتعتمد خصائصها على حجم الثقب الأسود ، ومعدل تراكم المواد الجديدة التي تسقط على الثقب الأسود ، وعوامل أخرى.

أوضح Mart & iacuten-Navarro: "استخدمنا كتلة الثقب الأسود كبديل للطاقة التي أدخلها المجرة النوى المجرية إلى المجرة ، لأن التراكم في الثقوب السوداء الهائلة يؤدي إلى ردود فعل أكثر نشاطًا من نوى المجرة النشطة ، والتي من شأنها إخماد تشكل النجوم بشكل أسرع"

لا تزال الطبيعة الدقيقة للتغذية المرتدة من الثقب الأسود التي تطفئ تشكل النجوم غير مؤكدة ، وفقًا للمؤلف المشارك آرون رومانوفسكي ، عالم الفلك في جامعة ولاية سان خوسيه ومراصد جامعة كاليفورنيا.

قال رومانوسكي: "هناك طرق مختلفة يمكن للثقب الأسود أن يضخ الطاقة في المجرة ، والمنظرون لديهم جميع أنواع الأفكار حول كيفية حدوث التبريد ، ولكن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به لتلائم هذه الملاحظات الجديدة في النماذج".


وجد العلماء ثقبًا أسود "وحشًا" كبيرًا جدًا لدرجة أنهم لم يعتقدوا أنه ممكن

قبل الآن ، لم يعتقد العلماء أنه من الممكن أن يكون للثقب الأسود النجمي كتلة أكبر من الشمس بعشرين مرة ، وهو تقدير يعتمد على فهمهم للطريقة التي تتطور بها النجوم وتموت في مجرة ​​درب التبانة.

But that assumption was metaphorically crushed in the gravity of a “monster” black hole that a group of Chinese-led international scientists discovered inside our own galaxy. The hole has a mass 70 times that of the sun, researchers said in their study published in the journal Nature.

“No one has ever seen a 70-solar-mass stellar black hole anywhere,” Joel Bregman, one of the study authors and a professor of astronomy at the University of Michigan, said in an interview. “This is the first.”

Black holes form when a star runs out of fuel and collapses on itself, creating a strong gravitational pull that prevents anything — even light — from escaping. In the process, those stars lose much of their mass, producing black holes that reflect their diminished size.

The newly discovered black hole, named LB-1 by the team of researchers who published the study, is located 15,000 light-years from earth, according to a news release. And it is huge.

“Black holes of such mass should not even exist in our Galaxy, according to most of the current models of stellar evolution,” Liu Jifeng, a professor at the National Astronomical Observatory of China, said in a news release from the Chinese Academy of Sciences. “… Now theorists will have to take up the challenge of explaining its formation.”

Previously, about two dozen black holes have been discovered and studied in our galaxy using X-ray technology that detects a bright light emitted when a black hole eats a neighboring star. While successful, this process limited scientists’ ability to find more black holes because the vast majority of them in our galaxy are not actively consuming other stars.

LB-1 was discovered by China’s Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), which has provided scientists with a new way to find the estimated 100 million black holes in the Milky Way. LAMOST enables researchers to detect black holes by first tracking stars that are orbiting something invisible to more than the naked eye, such as a black hole.

When LAMOST identified a star orbiting LB-1, the team next used the world’s largest telescopes — from the United States and Spain — to take a closer look at the system. The results, according to the news release, were “nothing short of fantastic.”

There are two kinds of black holes. Stellar black holes, like LB-1, are made from the evolution and death of stars, which rarely exceed 150 times the mass of the sun when they are born, Bregman said. There are also supermassive black holes, which almost always live in the center of galaxies and range from a million to a few billion times the mass of the sun.


Astronomers Measure Mass of Supermassive Black Hole in NGC 1097

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, or ALMA, a network of several dozen radio dishes located in the high-elevation desert of northern Chile, have measured the mass of the supermassive black hole at the center of the barred spiral galaxy NGC 1097.

In this image, the larger-scale structure of NGC 1097 is easily visible. Image credit: ESO / R. Gendler.

NGC 1097 lies in the southern constellation Fornax at a distance of only 45 million light-years. Lurking at the very center of this face-on galaxy, a supermassive black hole is gradually sucking in the matter around it. The area immediately around the black hole shines powerfully with radiation coming from the material falling in.

The distinctive ring around the NGC 1097’s black hole is bursting with new star formation. An inflow of material toward the central bar of the galaxy is causing the ring to light up with new stars. The ring is around 5,000 light-years across, although the spiral arms of the galaxy extend tens of thousands of light-years beyond it.

A team of astronomers led by Dr Kyoko Onishi of the Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI) in Japan determined that NGC 1097 harbors a black hole 140 million times more massive than our Sun. In comparison, the black hole at the center of the Milky Way is a lightweight, with a mass of just a few million times that of our Sun.

This composite image shows the barred spiral galaxy NGC 1097. By studying the motion of two molecules, astronomers were able to determine that the supermassive black hole at the center of this galaxy has a mass 140 million times greater than our Sun. Image credit: ALMA / NRAO / ESO / NAOJ / K. Onishi / NASA / ESA / Hubble Space Telescope / E. Sturdivant / AUI / NSF.

First, Dr Onishi and co-authors measured the distribution and motion of two molecules – hydrogen cyanide and formylium – near the central region of NGC 1097.

They then compared the ALMA observations to various mathematical models, each corresponding to a different mass of the supermassive black hole.

The ‘best fit’ for these observations corresponded to a black hole weighing in at about 140 million solar masses. The results are published in the

“This is the first use of ALMA to make such a measurement for a spiral or barred spiral galaxy,” said Dr Kartik Sheth of the National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, Va., who is a co-author of paper about the results available online in the مجلة الفيزياء الفلكية.

“When you look at the exquisitely detailed observations from ALMA, it’s startling how well they fit in with these well tested models.”

“It’s exciting to think that we can now apply this same technique to other similar galaxies and better understand how these unbelievably massive objects affect their host galaxies.”

“Future observations with ALMA will continue to refine this technique and expand its applications to other spiral-type galaxies,” the astronomers said.

K. Onishi وآخرون. 2015. A Measurement of the Black Hole Mass in NGC 1097 Using ALMA. ApJ 806, 39 doi: 10.1088/0004-637X/806/1/39



تعليقات:

  1. Mooguhn

    أنه يسأل في النهاية؟

  2. Risa

    رأي ترفيهي جدا

  3. Douhn

    أوصي بالبحث عن إجابة سؤالك في google.com



اكتب رسالة