تشير أول محاكاة نموذجية على الإطلاق للنجوم الفردية في عنقود نجمي أثناء عملية التكوين إلى آليات محتملة لتكوين ثقوب سوداء متوسطة الكتلة
اقترح بحث مشترك بقيادة ميتشيكو فوجي من جامعة طوكيو آلية محتملة لتكوين ثقوب سوداء متوسطة الكتلة في العناقيد الكروية، وهي مجموعات نجمية يمكن أن تحتوي على عشرات الآلاف أو حتى الملايين من النجوم ذات الكثافة السكانية العالية. كشفت عمليات المحاكاة الأولى على الإطلاق لتكوين عناقيد نجمية ضخمة بناءً على النجوم الفردية، أن السحب الجزيئية ذات الكثافة الكافية هي مسقط رأس العناقيد النجمية، ويمكن أن تولد نجومًا ضخمة جدًا تتطور إلى ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. ونشرت النتائج في مجلة العلوم.
"تشير الملاحظات السابقة إلى أن بعض العناقيد النجمية الضخمة (العناقيد الكروية) تحتوي على ثقب أسود متوسط الكتلة (IMBH)،" يوضح فوجي سبب المشروع البحثي. "الثقب الأسود متوسط الكتلة هو ثقب أسود كتلته 100-10,000 كتلة شمسية. حتى الآن، لا يوجد دليل نظري قوي على وجود ثقوب سوداء متوسطة الكتلة تتراوح كتلتها بين 1,000-10,000 كتلة شمسية مقارنة بالثقوب السوداء الأقل كتلة". (الكتلة النجمية) والأكثر ضخامة (فائقة الكتلة)."
قد تستحضر مواقع ولادة النجوم صورًا للدفء والسلام. ليس الأمر كذلك مع النجوم. تتشكل العناقيد النجمية الكروية عندما تتسبب الاختلافات في الكثافة في اصطدام النجوم واندماجها. ومع استمرار النجوم في الاندماج والنمو، تزداد معها قوى الجاذبية. تسمى الاصطدامات المتكررة بين النجوم في المنطقة الوسطى الكثيفة من مجموعات النجوم الكروية بالاصطدامات المدارية. يمكن أن تؤدي هذه الاصطدامات إلى ولادة نجوم ضخمة جدًا تزيد كتلتها عن 1,000 كتلة شمسية. من المحتمل أن تتطور هذه النجوم إلى ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. ومع ذلك، أشارت عمليات المحاكاة السابقة للمجموعات المتكونة بالفعل إلى أن الرياح النجمية تبدد معظم كتلتها، مما يجعلها صغيرة جدًا. وللتحقق مما إذا كانت الثقوب السوداء متوسطة الكتلة قادرة على "البقاء على قيد الحياة"، كان على الباحثين محاكاة كتلة بينما كانت لا تزال تتشكل.
يقول فوجي: "كانت محاكاة تكوين العناقيد النجمية صعبة بسبب تكلفة التصوير". "لأول مرة، تمكنا من إجراء عمليات محاكاة عددية لتشكيل مجموعة نجمية كروية، باستخدام النجوم الفردية. ومن خلال حل نموذج للنجوم الفردية مع كتلة واقعية لكل منها، تمكنا من إعادة إنتاج الاصطدامات النجمية في ولعمليات المحاكاة هذه، قمنا بتطوير كود محاكاة مبتكر، حيث يمكننا الجمع بين ملايين النجوم بدقة عالية."
في المحاكاة، أدت الاصطدامات المدارية إلى تكوين نجوم ضخمة جدًا تطورت إلى ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. ووجد الباحثون أيضًا أن نسبة كتلة العنقود إلى الثقب الأسود متوسط الكتلة تتوافق مع الملاحظات التي حفزت المشروع في المقام الأول.
"هدفنا النهائي هو محاكاة مجرات بأكملها من خلال حل نموذج النجوم الفردية"، كما يشير فوجي للبحث المستقبلي. "لا يزال من الصعب محاكاة مجرات بحجم درب التبانة من خلال حل نموذج للنجوم الفردية باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة المتوفرة حاليًا. ومع ذلك، قد نكون قادرين على محاكاة المجرات الأصغر مثل المجرات القزمة. ونريد أيضًا استهداف المجموعات الأولى، العناقيد النجمية التي تشكلت في الكون المبكر. العناقيد السابقة هي أيضًا أماكن يمكن أن تولد فيها ثقوب سوداء متوسطة الكتلة."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
