اكتشف علماء الفلك في جامعة تكساس في مرصد ماكدونالد في أوستن ثقبًا أسود ضخمًا بشكل غير عادي في قلب إحدى مجرات مجرة درب التبانة الساتلية القزمة، تسمى ليو 1. يمكن أن يعيد الاكتشاف تعريف فهمنا لكيفية تطور جميع المجرات : اللبنات الأساسية للكون.
قرر الفريق دراسة Leo I بسبب خصوصيته. على عكس معظم المجرات القزمة التي تدور حول مجرة درب التبانة، لا يحتوي الأسد الأول على الكثير من المادة المظلمة.
قام الباحثون بقياس ملف تعريف المادة المظلمة الخاص بـ Leo I، أي كيف تتغير كثافة المادة المظلمة من الحواف الخارجية للمجرة إلى مركزها.
لقد فعلوا ذلك بقياس جاذبيتها على النجوم : كلما زادت سرعة تحرك النجوم، زادت المادة الموجودة في مداراتها.
على وجه الخصوص، أراد الفريق معرفة ما إذا كانت كثافة المادة المظلمة تزداد باتجاه مركز المجرة. أرادوا أيضًا معرفة ما إذا كان قياس ملف التعريف الخاص بهم سيتطابق مع المقاييس السابقة التي تم إجراؤها باستخدام بيانات التلسكوب القديمة جنبًا إلى جنب مع نماذج الكمبيوتر.
بقيادة ماريا خوسيه بوستامانتي ، خريجة الدكتوراه من جامعة أوستن، يضم الفريق علماء فلك يوتا إيفا نويولا وكارل جيبهاردت وجريج زيمان، بالإضافة إلى زملاء من معهد ماكس بلانك الألماني للفيزياء خارج الأرض (MPE).
من أجل ملاحظاتهم ، استخدموا أداة فريدة تسمى VIRUS-W على تلسكوب Harlan J. Smith التابع لمرصد ماكدونالد البالغ ارتفاعه 2.7 متر.
عندما قام الفريق بتغذية بياناتهم المحسنة ونماذجهم المعقدة في كمبيوتر عملاق في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة التابع لـ UT Austin، حصلوا على نتيجة مذهلة.
تصرخ العارضات بأنك بحاجة إلى ثقب أسود في المنتصف قال جيبهارت: لا تحتاج حقًا إلى الكثير من المادة المظلمة.
لديك مجرة صغيرة جدًا تسقط في مجرة درب التبانة، وثقبها الأسود ضخم مثل مجرة درب التبانة.
نسبة الكتلة ضخمة للغاية. درب التبانة هو المسيطر. الثقب الأسود Leo I قابل للمقارنة تقريبًا ". والنتيجة غير مسبوقة.
قال الباحثون إن النتيجة كانت مختلفة عن الدراسات السابقة لـ Leo I بسبب مزيج من البيانات ومحاكاة الكمبيوتر العملاق.
كانت المنطقة المركزية الكثيفة من المجرة غير مستكشفة في الغالب في الدراسات السابقة، والتي ركزت على سرعات النجوم الفردية.
أظهرت الدراسة الحالية أنه بالنسبة لتلك السرعات القليلة التي تم أخذها في الماضي، كان هناك انحياز نحو السرعات المنخفضة.
هذا، بدوره، قلل من كمية المادة المستنتجة داخل مداراتها.
تتركز البيانات الجديدة في المنطقة الوسطى ولا تتأثر بهذا التحيز.
ارتفعت كمية المادة المستنتجة الموجودة داخل مدارات النجوم بشكل كبير.
وقال بوستامانتي إن هذا الاكتشاف قد يزعزع فهم علماء الفلك لتطور المجرات، لأنه "لا يوجد تفسير لهذا النوع من الثقوب السوداء في المجرات الكروية القزمية".
والنتيجة أكثر أهمية لأن علماء الفلك استخدموا المجرات مثل Leo I، المسماة "المجرات الكروية القزمية"، لمدة 20 عامًا لفهم كيفية توزيع المادة المظلمة داخل المجرات، هذا النوع الجديد من اندماج الثقوب السوداء يعطي أيضًا مراصد موجات الجاذبية إشارة جديدة للبحث عنها.
قال جيبهاردت إنه إذا كانت كتلة الثقب الأسود الخاص بـ Leo I كبيرة، فقد يفسر ذلك كيفية نمو الثقوب السوداء في المجرات الضخمة. ذلك لأنه بمرور الوقت، عندما تسقط المجرات الصغيرة مثل Leo I في مجرات أكبر، يندمج الثقب الأسود للمجرة الأصغر مع ثقب المجرة الأكبر، مما يزيد من كتلتها.
تم بناء VIRUS-W بواسطة فريق في MPE في ألمانيا، وهو الأداة الوحيدة في العالم الآن التي يمكنها القيام بهذا النوع من دراسة المادة المظلمة.
وأشار نويولا إلى أن العديد من المجرات القزمة في نصف الكرة الجنوبي تعد أهدافًا جيدة لها، لكن لا يوجد تلسكوب في نصف الكرة الجنوبي مجهز لذلك.
ومع ذلك، فإن تلسكوب ماجلان العملاق (GMT) قيد الإنشاء الآن في تشيلي كان، جزئيًا، مصممًا لهذا النوع من العمل.
UT Austin هو شريك مؤسس لـ GMT.
المرجع: "التحليل الديناميكي للمادة المظلمة وكتلة الثقب الأسود المركزي في القزم الكروي الأسد الأول" بقلم إم جي بوستامانتي روسيل، وإيفا نويولا، وكارل جيبهاردت، وماكسيميليان إتش فابريسيوس، وزيمينا مازالاي، وجنس توماس وجريج زيمان، 5 نوفمبر 2021، مجلة الفيزياء الفلكية.