الثقوب السوداء نفسها غير مرئية ، لكن الأشعة السينية وانبعاث الراديو من المادة المجاورة لها يمكن أن يعطينا فكرة عن موقعها وخصائصها الفيزيائية.يوجد في وسط كل مجرة تقريبًا ثقب أسود فائق الكتلة ، جمعت في موقعه كتل من الملايين أو حتى مليارات الطاقة الشمسية. ومع ذلك ، يجب ألا يكون هناك الكثير من النجوم سريعة الحركة حوله فحسب ، بل أيضًا عشرات الآلاف من الثقوب السوداء الأصغر التي تشكلت من بقايا النجوم الضخمة ، والتي كان ينبغي أن تكون بالقرب من مركز المجرة. بمراقبة الفضاء حول
القوس A * ، وحشنا في وسط درب التبانة يزن أربعة ملايين من الطاقة الشمسية ، وجدنا النجوم والغبار والغاز والإشعاع الكهرومغناطيسي ، وكل ما كان متوقعًا ، باستثناء واحد: لا يوجد دليل على وجود هذه الثقوب السوداء الأصغر. كان من المتوقع أنه في المنطقة التي يبلغ قطرها ست سنوات ضوئية فقط ومركز في القوس A * سيكون هناك أكثر من عشرة آلاف ، ولكن لم يتم العثور عليها هناك. أي حتى توصلنا إلى طريقة بارعة جديدة ، بفضلها وجدنا عشرات منها العام الماضي وحده. ويترتب على ذلك أن هذه الثقوب السوداء موجودة بالفعل ، ولدينا الآن فكرة عن كيفية العثور عليها.
صورة مركبة لثقب أسود في وسط مجرتنا من الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء: القوس A *. تبلغ كتلته أربعة ملايين من الطاقة الشمسية ، وهو محاط بغاز ساخن ينبعث منه أشعة سينية ونجوم وربما عدة آلاف من الثقوب السوداء الأصغر.تمتلئ مساحة الفضاء المحيطة بثقب أسود في مركز مجرتنا بمواد لا يمكن اكتشافها إلا خارج الطيف المرئي. على الرغم من أنه ليس هناك شك في وجود العديد من مصادر الضوء المرصعة بالنجوم هناك ، فإن الغبار الذي يملأ طائرة درب التبانة لدينا يكفي تمامًا لحجب كل الضوء الذي كان سيمر 25000 سنة ضوئية للوصول إلى أعيننا. ولكن في الأطوال الموجية الكبيرة ، في نطاقات الأشعة تحت الحمراء والإذاعية ، هناك ضوء يمكن أن يخترقنا ويكشف عن وجود النجوم والغاز في المركز ، ويمكن أن تعطينا الأشعة السينية بأطوال موجية أقصر كمية كبيرة من المعلومات حول مصادر الطاقة للإشعاع والأحداث التي تحدث هناك .
تظهر صورة مركز المجرة في ضوء أطوال موجية مختلفة النجوم والغاز والإشعاع والثقوب السوداء ، بالإضافة إلى مصادر أخرى. لكن الضوء القادم منها جميعًا ، من أشعة جاما إلى الضوء المرئي وموجات الراديو ، يمكن أن يقول فقط أنه يمكننا التقاط أدواتنا على مسافة 25000 سنة ضوئية أو أكثر.عندما ندرس الفضاء المحيط بال القوس A * ، نرى عددًا كبيرًا من النجوم تتحرك حول الثقب الأسود المركزي ، بالإضافة إلى ومضات دورية تنشأ أثناء امتصاص كتل متنوعة من المادة بواسطة الثقب الأسود. من ما نراه ، يمكننا أن نتخيل كيف تبدو هذه المنطقة من الفضاء: إنها مليئة بالمادة التي يمكن أن تخلق النجوم بنشاط ، وغنية بالعناصر الثقيلة. يخلق الغاز والغبار الموجود هناك بيئة مثالية للتكوين النشط للنجوم ، والتي ، كما تقول أفضل نظرياتنا ، هي بالضبط ما يحدث هناك. يجب أن تتكون هناك العديد من النجوم التي تحتوي على مجموعة متنوعة من الكتل ، حيث يتم الحصول على عدد كبير من النجوم المتفجرة والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء. من هذه البيانات ، نجري تقييمًا لحقيقة أنه في دائرة نصف قطرها ثلاث سنوات ضوئية من القوس A * يجب أن يكون هناك حوالي 10000 - 20000 ثقب أسود.
تم اكتشاف حشد كبير من النجوم بجوار ثقب أسود فائق الكتلة في قلب درب التبانة. بالإضافة إلى هذه النجوم والغاز والغبار ، نتوقع أنه في هذه المنطقة سيكون هناك ما لا يقل عن 10000 ثقب أسود يقع على بعد بضع سنوات ضوئية من القوس A * ، ولكن حتى الآن كان من الصعب اكتشافها.ولكن ، على الرغم من التنبؤ ، لدينا مشاكل في مراقبة هذه الثقوب السوداء. وهناك سبب مقنع لذلك: من الصعب ملاحظة معظمها ، لأنها لا تصدر إشعاعًا يمكننا التقاطه. للكشف عن الثقوب السوداء المعزولة التي كانت النجوم الوحيدة في نظامنا ، ليس لدينا طريقة عمل. ولكن لرؤية الثقوب السوداء الموجودة في الأنظمة الثنائية التي يتحرك فيها الثقب الأسود والنجم حول بعضهما البعض ، هناك طريقة صعبة: نحن نبحث عن ومضات مشرقة من الأشعة السينية المنبعثة من هذه الأنظمة.
وفقًا لعالم الفيزياء الفلكية تشاك هالي :
هذه طريقة واضحة للبحث عن الثقوب السوداء. لكن
مركز المجرة بعيد جدًا عن الأرض لدرجة أن مثل هذه الومضات قوية ومشرقة بما يكفي لنراها ، مرة واحدة فقط كل 100-1000 سنة.
وبما أننا لم نكن محظوظين بعد ، فقد احتجنا إلى طريقة مختلفة.
يُعرف الثقب الأسود بامتصاص المادة وله أفق من الأحداث التي لا يمكن لأي شيء الهروب منها. ولكن بعيدًا عن الأفق ، يمكن أن تصدر أشعة سينية. يمكن أن تذهب في شكل تفشي كبير ، وفي شكل تيار مستمر وهادئ نسبيًا ، ينشأ بسبب بطء تناول الجار BHفي تلك اللحظة جاء فريق هالي إلى الإنقاذ. بدلاً من البحث عن نظام ثنائي مع نجم وثقب أسود في حالة نشطة تتميز بتوهجات ، أدركوا أنه يمكن للمرء أن يبحث عن آثار لموجات أشعة سينية أقل نشاطًا كان يجب أن تكون موجودة أثناء عدم نشاط هذه الأنظمة. يواصل Hayley:
سيكون الأمر بسيطًا إذا كانت الأنظمة الثنائية ذات الثقب الأسود ستصدر باستمرار ومضات قوية ، كما تفعل الأنظمة الثنائية ذات النجم النيوتروني ، لكن الأمر ليس كذلك ، لذلك كان علينا أن نبتكر طريقة أخرى للعثور عليها. عندما يقترب الثقب الأسود من نجم كتلة صغيرة ، تنبعث هذه الشراكة ومضات الأشعة السينية ، التي تكون أضعف ، ولكنها ثابتة ويمكن اكتشافها.
سيستغرق الأمر الكثير من الوقت لتتبع هذه التأثيرات في مركز المجرة في نطاق الأشعة السينية ، وبدون هدف واضح بوضوح لن تتم الموافقة على هذا المشروع. لكن كان لدى فريق Haley بطاقة رابحة: كانت هذه البيانات موجودة بفضل
مرصد Chandra X-ray .
شهد الثقب الأسود الهائل في مجرتنا ومضات ساطعة للغاية ، ولكن لم يكن أي منها ساطعًا أو طويلًا مثل XJ1500 + 0134. بفضل هذا النوع من الأحداث ، جمعت Chandra كمية هائلة من البيانات لمدة 19 عامًا من ملاحظات مركز المجرة.راقب شاندرا بشكل دوري مركز المجرة لمدة 19 عامًا. بعد دراسة المجموعة الكاملة لبيانات الأرشيف ، تمكن الفريق من اكتشاف شيء مدهش: إشارات الأشعة السينية لوجود اثني عشر نظامًا ثنائيًا مستقلًا وغير نشط وهادئ من ثقب أسود ونجم. بالنظر إلى أننا في درب التبانة اكتشفنا حتى الآن 60 ثقبًا أسود فقط ، وهذه زيادة خطيرة في عددها - ولكن ليس فقط. جميع هذه الأنظمة الـ 12 BH / star تقع في غضون ثلاث سنوات ضوئية من القوس A * ، ويتيح لنا وجودها القيام بشيء أكثر إثارة للاهتمام: تقدير العدد الإجمالي للثقوب السوداء الموجودة في هذه المنطقة. استنادًا إلى
البيانات التي تم جمعها ، يجب أن يكون هناك حوالي 300-500 نظام يتكون من ثقب أسود ونجم ، وحوالي 10000 ثقب أسود معزول.
توجد في مراكز المجرات النجوم ، والغاز ، والغبار ، و (كما نعلم الآن) الثقوب السوداء التي تدور حول وتتفاعل مع الجسم الفائق المركزي للمجرة.هذا اكتشاف مدهش ، وكان ممكنًا فقط في إطار درب التبانة. بمعرفة وجود حوالي 10000 ثقب أسود بالقرب من الثقب الأسود الهائل ، يمكننا تقييم ما يحدث في وسط كل مجرة مع ثقب أسود فائق الكتلة: الآلاف والآلاف من الثقوب السوداء العادية تتحرك حولها. في عام 2030 ، ستطلق وكالة الفضاء الأوروبية هوائي الفضاء المحسن باستخدام مبدأ مقياس التداخل بالليزر (eLISA ، LISA سابقًا) ، وهو كاشف فضائي لموجات الجاذبية مع أكتاف طويلة جدًا. على عكس الأنظمة ذات الأجسام المتقاربة ذات الكتلة الصغيرة والفترة المدارية الصغيرة ، التي
يكون فيها LIGO حساسًا ، سيكون eLISA قادرًا لأول مرة على اكتشاف الثقوب السوداء ذات الفترة المدارية الطويلة ، والدوامة الطويلة والاندماج مع الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات.
على مدار العامين الماضيين ، تم اكتشاف موجات جاذبية من التقاء النجوم النيوترونية والثقوب السوداء على الأرض. من خلال إنشاء مرصد جاذبية في الفضاء ، يمكننا رفع الحساسية إلى مستوى يمكنه التنبؤ بعمليات الاندماج مع الثقوب السوداء الفائقة الكتلة.هذه
دراسة مهمة للغاية لأنها تعطينا أول دليل حقيقي على ما ستبحث عنه eLISA ، مما يحفزنا أكثر على البحث عن الأحداث التي قد تكون موجودة ، كما نعلم بالفعل. على عكس الثقوب السوداء في LIGO ، خلال عمليات التقارب هذه ، سيكون لدينا أسابيع أو شهور أو حتى سنوات من الإعاقة ، مما سيسمح لنا بمعرفة متى ومتى سيكون من الضروري النظر من أجل رؤية الاندماج. هذا هو التأكيد الأول لنظرية وجود عشرات الآلاف من الثقوب السوداء حول الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات ، ويسمح لنا بالتنبؤ بشكل أفضل بعدد الأحداث ذات الصلة التي تسبب موجات الجاذبية التي يمكننا تسجيلها.
جميع المعلومات التي نحتاجها حول هذا في مراكز المجرات ، بما في ذلك مجرتنا. ولأول مرة ، يمكننا أن نتأكد من أن الثقوب السوداء ليست ندرة كونية ، فهي موجودة بأعداد كبيرة في كل مجرة في جميع أنحاء الكون.