ثقبان أسودان هائلان في مجرة بعيدة قد يندمجان خلال قرن واحد فقط

اكتشف فريق دولي من الفلكيين بقيادة باحثين من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون بألمانيا دليلاً قوياً على وجود زوج من الثقوب السوداء الهائلة في مركز مجرة ماركاريان 501، تدور كل منهما حول الأخرى بسرعة تجعل اندماجهما المحتمل أقرب بكثير مما كان يُعتقد، وربما لا يتعدى قرناً واحداً من الزمن، وهي مدة قصيرة جداً على المقياس الكوني.

كانت مجرة ماركاريان 501 معروفة لدى الفلكيين منذ عقود باحتوائها على ثقب أسود هائل نشط يُطلق نفثاً من الجسيمات المشحونة بسرعات قريبة من سرعة الضوء، وهي ظاهرة شائعة في مراكز المجرات النشطة. لكن ما لم يكن معروفاً هو أن هذا الثقب له شريك خفي يدور حوله، إلى أن رصد الباحثون نفثاً ثانياً لم يكن مرصوداً من قبل، في مفاجأة وصفتها الباحثة الرئيسية سيلكه بريتزن بأنها مفاجأة كاملة ألا نرى نفثاً ثانياً فقط، بل أن نتمكن من تتبع حركته بهذه الدقة.

استند الفريق في استنتاجاته إلى رصد راديوي دقيق امتد نحو ثلاثة وعشرين عاماً، جمع خلالها عشرات الأرصاد عند ترددات متعددة. ومن خلال تتبع حركة النفث الثاني وأنماط تكرار سطوعه، تمكن الباحثون من تقدير أن الثقبين يدوران حول بعضهما كل 121 يوماً تقريباً، وأن المسافة الفاصلة بينهما تتراوح بين 250 و540 ضعف المسافة بين الأرض والشمس، وهي مسافة صغيرة جداً مقارنة بالمعتاد في أزواج الثقوب السوداء الهائلة المعروفة. وتقدر كتلة كل من الثقبين بما يتراوح بين مئة مليون ومليار كتلة شمسية.

ويمنح هذا النوع من الأزواج الثنائية القريبة الفلكيين فرصة نادرة لاختبار تنبؤات النظرية النسبية العامة في بيئة شديدة الجاذبية، إذ يصعب عادة رصد ثقبين أسودين هائلين متقاربين إلى هذا الحد، لأن أغلب الأزواج المعروفة تفصل بينها مسافات أكبر بكثير تمتد لسنوات ضوئية، بينما يقترب الزوج في ماركاريان 501 من بعضه بمسافة لا تتجاوز بضع مئات من المسافة بين الأرض والشمس فقط، وهو ما يجعل رصده المباشر بالغ الصعوبة ويفسر الاعتماد على تقنيات الاستنتاج غير المباشر كتتبع النفثين وتحليل أنماط السطوع المتكررة.

ومن أكثر الأدلة إثارة في هذا البحث إعادة تفسير حدث إشعاعي غريب على هيئة حلقة كاملة، رُصد في يونيو 2022، باعتباره ما يُعرف بحلقة أينشتاين، وهي ظاهرة تنتج عن التعدس الجاذبي حين يقع جسم بعيد خلف جسم ضخم محاذٍ تماماً لخط الرؤية من الأرض، فينحني ضوؤه ليشكل حلقة مضيئة. ويرى الباحثون أن هذه الحلقة قد تكون نتجت عن محاذاة لحظية نادرة بين الثقبين الهائلين والأرض، وهو تفسير إن ثبتت صحته يقدم دليلاً بصرياً مباشراً نسبياً على وجود الزوجية الثنائية في مركز المجرة.

وإذا تأكدت هذه النتائج، فإن اندماج الثقبين، الذي قد يحدث في غضون قرن واحد فقط بحسب الكتلة الفعلية لكل منهما، سيكون من أقرب عمليات الاندماج زمنياً التي رُصدت مؤشراتها على الإطلاق. ويشير الفيزيائي هكتور أوليفاريس، المشارك في الدراسة، إلى أن المراقبين قد يرون تردد دوران الثقبين يرتفع تدريجياً وهما يقتربان من الاصطدام، في إشارة إلى أن الظاهرة ليست لحظة واحدة بل عملية تدريجية يمكن تتبعها عاماً بعد عام.

يثير هذا الاكتشاف اهتماماً خاصاً لدى الباحثين في مجال الموجات الجاذبية، إذ يُتوقع أن يُصدر زوج الثقوب السوداء هذا موجات جاذبية منخفضة التردد يمكن اكتشافها مستقبلاً باستخدام ما يُعرف بمصفوفات توقيت النجوم النابضة، وهي شبكات من النجوم النابضة فائقة الدقة تُستخدم لرصد التموجات البالغة الصغر في نسيج الزمكان. أما تلسكوب أفق الحدث، الذي صوّر الثقوب السوداء مباشرة لأول مرة في التاريخ، فلا يملك الدقة الكافية لفصل الثقبين عن بعضهما بصرياً بسبب قرب المسافة الفاصلة بينهما وبُعد المجرة عن الأرض.

وتتقاطع هذه الاكتشافات مع إرث عربي عريق في علم الفلك؛ فعشرات النجوم في سماء الليل تحمل أسماء عربية الأصل كالدبران والنسر الطائر والعقرب، ويتواصل هذا الإرث في مراصد حديثة كمرصد جبل الزيت السعودي. ويفتح اكتشاف هذا الزوج من الثقوب السوداء المتقاربة أفقاً جديداً أمام دراسة الموجات الجاذبية المنخفضة التردد، وهو مجال قد تُسهم فيه مراصد الراديو الإقليمية مستقبلاً من خلال مشاركتها في شبكات توقيت النجوم النابضة الدولية التي تعمل على كشف هذا النوع من الموجات.

تُعد هذه الدراسة، التي قُبل نشرها في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، إضافة مهمة إلى فهم العلماء لكيفية نمو المجرات واندماجها عبر الزمن الكوني، إذ يُعتقد أن اندماج المجرات الكبيرة غالباً ما يقود في نهاية المطاف إلى اندماج الثقوب السوداء الهائلة الكامنة في مراكزها. ويأمل الفلكيون أن تساعد عمليات الرصد المستقبلية، الراديوية وربما الجاذبية معاً، على تأكيد هذا السيناريو النادر ومتابعة تطوره خطوة بخطوة حتى اللحظة التي يتحد فيها الثقبان في جسم واحد أكثر ضخامة.