ثقوب سوداء صغيرة قد تكون تتفجر سراً عبر درب التبانة

وجد فريق بحثي دولي أن الثقوب السوداء البدائية - تلك البقايا الافتراضية من اللحظات الأولى للكون - قد تكون محفزة لانفجار النجوم القزمة البيضاء كمستعرات عظمى من النوع Ia. لأن هذا بالضبط ما يحتاجه الكون: المزيد من الأشياء المتفجرة. تشير الدراسة، المنشورة في مجلة الفيزياء الفلكية، إلى أن هذه الانفجارات غير المعتادة قد تساعد في تفسير نمط الوفرة الكيميائية المحير الذي يُرى بين النجوم في درب التبانة.

يُعتقد أن الثقوب السوداء البدائية (PBH) تشكلت خلال التضخم الكوني، عندما أدى التوسع السريع للكون إلى تضخيم تموجات صغيرة في توزيع المادة. وقد تم اقتراحها منذ فترة طويلة كمرشحين للمادة المظلمة، تلك المادة غير المرئية التي يُفترض أنها تشكل حوالي 90% من كل المادة في الكون من حيث الكتلة. لأنه، بالتأكيد، لماذا لا نضيف 'تفجير النجوم سراً' إلى قائمة الأشياء التي قد تفعلها المادة المظلمة.

إليك الآلية المقترحة: بينما تنتقل الثقوب السوداء البدائية عبر الفضاء، قد تمر أحياناً عبر قزم أبيض - البقايا النجمية الكثيفة التي تترك بعد نفاد وقود نجم منخفض الكتلة. من شأن جاذبية الثقب الأسود أن تخلق قوى مد وجزر قوية داخل النجم، مما يزعزع استقراره ويسبب انفجاره كمستعر أعظم من النوع Ia (SNe Ia). المستعرات العظمى من النوع Ia هي انفجارات شديدة السطوع، يُعتقد عموماً أنها تحدث عندما يصبح القزم الأبيض غير مستقر ويخضع لتفاعل نووي حراري جامح. ولكن من يحتاج إلى 'يُعتقد عموماً' عندما يمكنك الحصول على 'ربما ناتج عن ثقب أسود صغير'؟

قاد البحث شينغ-تشي ليونغ، أستاذ مساعد في معهد بوليتكنيك بجامعة ولاية نيويورك وباحث زائر مشارك في معهد كافلي لفيزياء ورياضيات الكون بجامعة طوكيو (Kavli IPMU). كما ضم الفريق كينيتشي نوموتو، كبير العلماء الزائرين في كافلي IPMU، وألكسندر كوسينكو، كبير الزملاء في كافلي IPMU. وقد حققوا في الحركة والسطوع والخصائص الكيميائية للمستعرات العظمى الناتجة عن قناة الانفجار المقترحة التي يسببها الثقب الأسود البدائي.

في ورقة سابقة نُشرت في عام 2025، أظهر الفريق أن الانفجارات الناجمة عن الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تنتج مستعرات عظمى من النوع Ia بخصائص تشبه إلى حد كبير تلك الناتجة عن النماذج القياسية. بالنسبة للدراسة الجديدة، قارنوا نماذجهم مع العديد من بقايا المستعرات العظمى المعروفة (تايكو، كيبلر، 3C 397)، والمستعرات العظمى القريبة (مثل SN 2011fe، SN 2012cg)، والوفرة الكيميائية لنجوم درب التبانة. أظهرت نتائجهم أن المستعرات العظمى من النوع Ia الناجمة عن الثقوب السوداء البدائية يمكن أن تعيد إنتاج العديد من الخصائص المرصودة في هذه المستعرات العظمى وبقاياها.

قام الباحثون بفحص النظائر المشعة مثل Ni-56 وNi-57 والعناصر المستقرة مثل Mn وNi. هذه البصمات الكيميائية سمحت لهم بتقدير كتل ومعادن النجوم التي أنتجت الانفجارات. المعدنية - كمية المعدن عندما يتشكل النجم، والتي تستدل بها على وقت ولادة النجم في العمر الكوني - توفر أدلة حول متى تشكل النجم والظروف الكيميائية في تلك النقطة من تاريخ الكون. (في علم الفلك، 'المعادن' هي عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم، لأن علماء الفلك لديهم تعريفاتهم الخاصة.)

استخدم الفريق أيضاً نماذج المستعرات العظمى لاستكشاف كيف يمكن لآلية الانفجار هذه أن تساهم في الإثراء الكيميائي للمجرة. تطلق المستعرات العظمى عناصر مشكلة حديثاً في الفضاء، حيث يمكن أن تصبح لاحقاً جزءاً من نجوم وكواكب جديدة. أشار التحليل إلى أن جزءاً غير صفري من المستعرات العظمى من النوع Ia الناجمة عن الثقوب السوداء البدائية قد يكون ضرورياً لشرح اتجاه الوفرة الكيميائية المرصود في النجوم عبر درب التبانة. هذا يشير إلى أن الثقوب السوداء البدائية ربما أثرت على التطور الكيميائي لمجرتنا من خلال الانفجارات النجمية التي تسببت فيها.

قال ليونغ: 'يشير عملنا إلى أن بعض المستعرات العظمى التي نلاحظها في السماء قد تكون نتيجة للثقوب السوداء البدائية. لذلك، على الرغم من أننا لا نستطيع مراقبة هذه الكيانات المراوغة مباشرة، إلا أنها تترك العديد من الأدلة المثيرة للاهتمام في الطبيعة لنستكشف خصائصها.' يخطط الباحثون لتوسيع تحقيقهم من خلال دراسة كيف يمكن للثقوب السوداء البدائية أن تؤثر على أنواع أخرى من النجوم والانفجارات.