حان الوقت للعثور على جميع الثقوب السوداء المفقودة.
هذه هي الحجة التي قدمها زوج من علماء الفيزياء الفلكية اليابانيين ، الذين كتبوا ورقة تقترح بحثًا جديدًا لملايين "الثقوب السوداء المعزولة" (IBHs) التي من المحتمل أن تملأ مجرتنا. هذه الثقوب السوداء ، المفقودة في الظلام ، تمتص المادة من الوسط النجمي - الغبار والأشياء الأخرى التي تطفو بين النجوم. لكن هذه العملية غير فعالة ، ويتم طرد قدر كبير من المادة إلى الفضاء بسرعات عالية. وكتب الباحثون أنه مع تفاعل هذا التدفق مع البيئة المحيطة ، فإنه يجب أن ينتج موجات لاسلكية يمكن أن تكتشفها التلسكوبات الراديوية البشرية. وإذا استطاع الفلكيون فرز تلك الموجات من كل الضوضاء الموجودة في بقية المجرة ، فقد يتمكنون من اكتشاف هذه الثقوب السوداء غير المرئية.
وكتب الباحثون في ورقتهم التي لم تخضع بعد لمراجعة النظراء رسميًا والتي أتاحتها في الأول من تموز (يوليو) كطباعة أولية على arXiv ، "إن الطريقة الساذجة لمراقبة IBHs هي من خلال انبعاث الأشعة السينية".
لماذا هذا؟ عندما تمتص الثقوب السوداء المادة من الفضاء ، تتسارع هذه المادة في أطرافها وتشكل ما يعرف باسم قرص التنامي. المادة في هذا القرص تتدحرج على نفسها أثناء دورانها نحو أفق الحدث - نقطة اللاعودة للثقب الأسود - بصق الأشعة السينية في هذه العملية. لكن الثقوب السوداء المعزولة ، وهي صغيرة مقارنة بالثقوب السوداء الهائلة ، لا تنبعث منها قدر كبير من الأشعة السينية بهذه الطريقة. ببساطة ليس هناك ما يكفي من المادة أو الطاقة في أقراص تراكمها لإنشاء توقيعات كبيرة بالأشعة السينية. وقد فشلت عمليات البحث السابقة عن IBHs باستخدام الأشعة السينية في تحقيق نتائج حاسمة.
وكتب الباحثون ، دايتشي تسونا من جامعة طوكيو ونوريتا كاواناكا من جامعة كيوتو ، في ورقتهم: "يمكن لهذه التدفقات الخارجية أن تجعل IBHs قابلة للكشف في أطوال موجية أخرى". "يمكن للتدفقات الخارجية أن تتفاعل مع المادة المحيطة وتخلق صدمات قوية لا تصادم في الواجهة. يمكن لهذه الصدمات تضخيم المجالات المغناطيسية وتسريع الإلكترونات ، وتصدر هذه الإلكترونات إشعاع السنكروترون في الطول الموجي الراديوي."
بعبارة أخرى ، يجب أن يدفع التدفق المنزلق عبر الوسط النجمي الإلكترونات تتحرك بسرعة تنتج موجات راديوية.
قال سيمون بورتيجيس زوارت ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة ليدن في هولندا ، والذي لم يشارك في أبحاث تسونا وكواناكا: "ورقة مثيرة للاهتمام". درس Portegies Zwart أيضًا مسألة IBHs ، والمعروفة أيضًا باسم الثقوب السوداء متوسطة الكتلة (IMBHs).
قال Portegies Zwart لـ Live Science: "ستكون طريقة رائعة للعثور على IMBHs". "أعتقد أنه مع LOFAR ، يجب أن يكون هذا البحث ممكنًا بالفعل ، لكن الحساسية قد تطرح مشكلة."
أوضح Portegies Zwart ، IBHs بأنها "حلقة مفقودة" بين نوعين من الثقوب السوداء التي يمكن لعلماء الفلك اكتشافها: الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية التي يمكن أن تكون من حجم مرتين إلى 100 ضعف حجم الشمس ، والثقوب السوداء الفائقة الكتلة ، والوحوش الضخمة التي تعيش في نوى المجرات وتبلغ حجمها مئات الآلاف من المرات حجم شمسنا.
يمكن أحيانًا اكتشاف الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في الأنظمة الثنائية ذات النجوم العادية ، لأن الأنظمة الثنائية يمكن أن تنتج موجات جاذبية ويمكن للنجوم المصاحبة أن توفر الوقود لرشقات الأشعة السينية الكبيرة. وتحتوي الثقوب السوداء الفائقة الكتلة على أقراص تراكم تنبعث منها الكثير من الطاقة التي يمكن لعلماء الفلك اكتشافها وحتى تصويرها.
لكن مركبات IBHs ، في المدى المتوسط بين هذين النوعين الآخرين ، أكثر صعوبة في الكشف عنها. هناك عدد قليل من الأشياء في الفضاء التي يعتقد الفلكيون أنها قد تكون IBHs ، ولكن هذه النتائج غير مؤكدة. لكن الأبحاث السابقة ، بما في ذلك ورقة عام 2017 في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية ، التي شارك في تأليفها Portegies Zwart ، تشير إلى أن الملايين منهم قد يختبئون هناك.
كتب Tsuna و Kawanaka أن أفضل احتمال لإجراء مسح راديو لـ IBHs ربما يتضمن استخدام صفيف الكيلومتر المربع (SKA) ، وهو تلسكوب لاسلكي متعدد الأجزاء من المقرر بناؤه مع أقسام في جنوب إفريقيا وأستراليا. من المقرر أن يبلغ إجمالي مساحة تجميع الموجات اللاسلكية 1 كيلومتر مربع (0.39 ميل مربع). ويقدر الباحثون أن ما لا يقل عن 30 IBHs ينبعث منها موجات راديو ستتمكن SKA من اكتشافها خلال المرحلة الأولى من إثبات صحة المفاهيم ، والتي من المقرر إجراؤها في 2020. وكتبوا على الطريق ، SKA الكامل (المقرر لـ منتصف 2020s) يجب أن يكون قادرًا على اكتشاف ما يصل إلى 700.
وكتبوا أن ليس فقط SKA قادرة على اكتشاف موجات الراديو من هذه IBHs ، بل يجب أن تكون قادرة أيضًا على تقدير المسافة بدقة لكثير منها. عندما يحين ذلك الوقت ، أخيرًا ، يجب أن تبدأ كل هذه الثقوب السوداء المفقودة في الخروج من مخبئها.
