جمع فلكيون هنود 39 رصدة من تشاندرا وXMM-Newton وسويفت على مدى 24 عاما للمصدر NGC 4490 ULX-8، وهو مصدر ساطع للأشعة السينية يبعد نحو 25 مليون سنة ضوئية، ووجدوا أنه يلائم ثقبا أسود نجميا الكتلة يتغذى عند حد إدينغتون أو قريبا منه

وضع فريق من الباحثين في معاهد هندية 24 عاما من رصد الأشعة السينية لمصدر ساطع واحد في دراسة واحدة. والمصدر، NGC 4490 ULX-8، يقع في مجرة تبعد نحو 7.8 ميغا بارسك (المسافة التي تعتمدها الورقة، أي نحو 25 مليون سنة ضوئية)، ويجد الفريق أن توهجه يلائم ثقبا أسود نجميا الكتلة يتغذى عند حد إدينغتون أو قريبا منه. وتستخدم الدراسة 14 رصدة من تشاندرا و6 من XMM-Newton و19 من Swift-XRT أُجريت بين 2000 و2024. وأعلنت وزارة العلوم والتكنولوجيا الدراسة في 2 نوفمبر 2026 وتقول إنها نُشرت في «الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية» (MNRAS).

والمؤلفون هم تارانغ فاشيشت وأرو بيري وتانومان غوش وأمان أوبادهياي وفيكرام رانا، ويعملون من IISER موهالي ومعهد الهند للفيزياء الفلكية (IIA) والمركز المشترك بين الجامعات لعلم الفلك والفيزياء الفلكية (IUCAA) ومعهد رامان للأبحاث (RRI).

مصدر يفوق حده

المصدر فائق اللمعان للأشعة السينية، أو ULX، هو باعث نقطي للأشعة السينية يقع خارج مركز مجرة ويشع أكثر من 10³⁹ إرغ في الثانية. وتشير الورقة إلى أن هذا يعادل تقريبا حد إدينغتون لثقب أسود كتلته 10 كتل شمسية. ويصف البيان المصدر ULX بأنه نجم نيوتروني أو ثقب أسود يسحب الغاز من نجم رفيق، ويسخن الغاز الساقط فيطلق أشعة سينية.

وحد إدينغتون هو اللمعان الذي يتعادل عنده دفع الضوء إلى الخارج مع سحب الجاذبية الغاز إلى الداخل. ويزداد مع كتلة الجرم. وتصفه مراجعة فيزيائية نشرتها الجمعية الفيزيائية الأمريكية بأنه قاعدة تقريبية تنبع من نموذج كروي مثالي، وتورد أقراصا أكثر سماكة والنفاثات والاندماجات بين الطرق التي قد يتجاوزه بها ثقب أسود.

وللمصادر ULX تعطي الورقة قراءتين. الأولى ثقب أسود أثقل من المعتاد. والثانية، التي تقول إن الأدلة المتنامية ترجحها، ثقب أسود نجمي الكتلة أو نجم نيوتروني يتراكم عند الحد أو فوقه أو قريبا منه، بمساعدة تدفقات غاز خارجة أو بالتركيز الشعاعي. وتحسم النبضات المسألة حين تظهر: فالورقة تحصي أكثر من 10 مصادر ULX نابضة، وكل منها نجم نيوتروني. أما ULX-8 فلا يُظهر شيئا منها. وتناولنا طرقا أخرى إلى الثقوب السوداء في مقالينا عن تلسكوب أفق الحدث وعن الموجات الثقالية من تصادم الثقوب السوداء.

لماذا هذا الزوج من المجرات ولماذا هذا المصدر

NGC 4490 مجرة حلزونية تتفاعل مع مجرة غير منتظمة أصغر هي NGC 4485. وتستشهد الورقة بمعدل ثابت لتكوّن النجوم نحو 4.7 كتلة شمسية في السنة في الزوج. وقد وجدت رصدة من تشاندرا مدتها 20 كيلو ثانية أُعلنت عام 2002 على يد تيموثي روبرتس وزملائه ستة مصادر ULX هناك، خمسة منها ثنائيات ثقوب سوداء محتملة والسادس بقايا مستعر أعظم محتملة، ولاحظت أنها كلها في مناطق تكوّن النجوم. ثم رقّم فهرس عام 2008 مصادر ULX في المنظومة من 1 إلى 8.

وكان ULX-8 مناسبا لدراسة طويلة الأمد لأنه منعزل نسبيا. فالمصادر ULX-1 و3 و4 قريبة من بعضها إلى حد يعقّد معه التلوث بين المصادر تحليل XMM-Newton، بينما أتاح ULX-8 للفريق استخلاص ضوئه من دائرة عرضها يصل إلى 19 ثانية قوسية. واستخدمت أعمال سابقة عنه، منها دراسة عام 2009 لجيمس غلادستون وروبرتس، أربع رصدات من تشاندرا وXMM-Newton من 2000 إلى 2004. وتعدّ الورقة 22 من الرصدات الـ39 في الدراسة الجديدة (اثنتان من XMM-Newton وواحدة من تشاندرا وكل الرصدات الـ19 من سويفت) لم تُستكشف لهذا المصدر من قبل.

تسع وثلاثون نظرة من ثلاثة تلسكوبات

أُطلق تشاندرا في 23 يوليو 1999، وXMM-Newton في 10 ديسمبر 1999، وسويفت في 20 نوفمبر 2004. وتقول الورقة إن بعض توجيهات سويفت، ورصدة واحدة من تشاندرا، كانت موجهة إلى SN 2008ax، وهو مستعر أعظم في NGC 4490، والتقطت ULX-8 في المجال نفسه. وتحقق الفريق من أن موضع المستعر الأعظم لا يُظهر انبعاثا للأشعة السينية يمكن أن يلوث بيانات سويفت.

وكانت أولى الرصدات المستخدمة رصدة تشاندرا في 3 نوفمبر 2000. وآخرها رصدة سويفت في 4 مايو 2024. واستخدم الفريق كل رصدات تشاندرا وXMM-Newton المتاحة باستثناء اثنتين ليس فيهما تعريض صالح كاف، وأبقى على رصدات سويفت التي برز فيها المصدر فوق ثلاثة أضعاف الضجيج، فبقيت 19.

ووصف أرو بيري، وهو مؤلف مشارك يصفه البيان بأنها عضو هيئة تدريس في IIA، النتيجة بأنها «من أطول دراسات الأشعة السينية لهذا المصدر حتى الآن». وعبارة الورقة نفسها أنها أوسع تحقيق في ULX-8 حتى اليوم. وتدرج الورقة عنوان بيري في IISER موهالي أولا، وIIA ثالثا. وفاشيشت، المؤلف الأول، طالب في IISER موهالي، وتقول شكر الورقة إن العمل بدأ في برنامج للطلاب الزائرين في RRI.

وتأتي البيانات كلها من أرشيفات عامة: HEASARC التابع لناسا، وأرشيف XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، وأرشيف بيانات تشاندرا. أما مرصد الهند للأشعة السينية، أسترو سات، فلم يكن جزءا من هذا التحليل.

كيف بدا ضوء 24 عاما

ظل المصدر فائق اللمعان طوال المدة. وتغير لمعانه كثيرا على مقاييس زمنية تمتد سنوات، وبقدر متواضع فقط داخل أي رصدة منفردة. وعلى مقاييس أقصر تقيس الورقة تقلبات بعامل 3.73 (زائد أو ناقص 1.04) في سلسلة من تشاندرا أُخذت على فترات شهرية تقريبا من نوفمبر 2020 إلى أغسطس 2021، وبعامل 2.59 (زائد أو ناقص 1.37) في بيانات سويفت من مارس وأبريل 2008.

ويعتمد حجم التغير على النموذج المستخدم لمطابقة الطيف. فنموذج القرص يعطي لمعانات نحو 2 إلى 5 أضعاف 10³⁹ إرغ في الثانية، ونموذج قانون القدرة يعطي نحو 3 إلى 20 ضعف 10³⁹. وتُظهر رصدتان حديثتان لسويفت، في 1 ديسمبر 2022 و4 مايو 2024، ارتفاعا حادا: نحو 2.4 و2.8 عدّة في كل مئة ثانية، مقابل 0.65 إلى 1.5 في رصدات سويفت الـ17 السابقة. ويقول المؤلفون إن ذلك قد يعكس تغيرا في معدل سقوط الغاز، لا تبدلا بين حالات التراكم.

والأطياف منحنى واحد سلس يبلغ ذروته عند 1 إلى 2 كيلو إلكترون فولت، دون مكوّن صلب أو لين منفصل. ويتراوح مؤشر الفوتونات، الذي يصف سرعة هبوط عدد فوتونات الأشعة السينية مع الطاقة، من 0.9 إلى 2.7. وتخرج الحافة الداخلية للقرص بحرارة بين 1.0 و1.6 كيلو إلكترون فولت.

وكثير من ثنائيات الثقوب السوداء في مجرتنا يتأرجح بين حالتين متميزتين، صلبة ولينة، وهو ما يظهر مسارا حلقيا على رسم الصلادة مقابل اللمعان. ولا يُظهر ULX-8 انتقالا واضحا بينهما. ويصف البيان ذلك بأنه غياب لانتقالات دراماتيكية بين حالات التراكم.

كيف يقرأ الفريق المصدر ثقبا أسود

يشير خطان من الحجة إلى الاتجاه نفسه. الأول أن نسبة صلادة المصدر، من 0.84 إلى 3.04، ومؤشرات فوتوناته تضعه خارج المنطقة الأصلب من المخطط التي تقع فيها مصادر ULX من النجوم النيوترونية، وتقول الورقة إن طيفه يطابق الانبعاث الذي يهيمن عليه القرص كما يُتوقع من تدفق فوق حرج. والثاني أن الفريق حوّل حجم القرص المطابَق إلى كتلة. فعند ميل مفترض للقرص قدره 60 درجة، وهو اختيار شائع حين تكون الزاوية الحقيقية مجهولة، تبلغ النتيجة نحو 17 كتلة شمسية لثقب أسود لا يدور ونحو 81 لثقب يدور بسرعة. ويصف المؤلفون هاتين القيمتين بأنهما توضيحيتان تعتمدان على النموذج.

وفي الورقة نفسها تحذيران. فالعلاقة بين حرارة القرص واللمعان محدودة الضبط وتلائم صورة القرص الرقيق وصورة القرص النحيف معا، فلا تستطيع التمييز بين نظامي التراكم. واللمعان يعتمد على المسافة، وهي غير مؤكدة هنا: فالورقة تلاحظ أن قياسات هابل لنجوم كل مجرة تعطي 6.5 ميغا بارسك لـNGC 4490 و8.8 لـNGC 4485، وهما غير متسقين مع تفاعل قريب، ولذلك تُبقي على رقم تولي وفيشر البالغ 7.8 ميغا بارسك لتبقى قابلة للمقارنة بدراسات الأشعة السينية السابقة.

عند الحد أو قريبا منه أو فوقه

يصوغ البيان استنتاجه بطريقتين. فتصف فقرة النتائج بأنها دليل قوي على ثقب أسود يتراكم بمعدلات تتجاوز حد إدينغتون الكلاسيكي. وتقول فقرة لاحقة إن ULX-8 على الأرجح ثقب أسود نجمي الكتلة يتراكم عند الحد أو قريبا منه. وتستخدم خلاصة الورقة الصيغة الثانية: فالنتائج تتسق مع ثقب أسود نجمي الكتلة يعمل عند حد إدينغتون أو قريبا منه. وتورد «آي بي جي نيوز»، التي تكرر البيان، عبارة «عند الحد أو قريبا منه» كذلك. ويتبع هذا المقال الورقة.

ما التالي

يسمّي البيان أداتين يمكن أن تمددا السجل: مرصد نيو أثينا للأشعة السينية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، ومهمة XSat الهندية المقترحة، ووُصفت بأنها مهمة من الجيل التالي للتوقيت والتحليل الطيفي. ولم يظهر مزيد من التفصيل عن XSat في المصادر التي روجعت لهذا المقال. وIIA وRRI، حيث أُنجز جانب كبير من العمل، مؤسستان مستقلتان تتبعان إدارة العلوم والتكنولوجيا. وتعطي صفحة مهمة نيو أثينا إطلاقا مخططا عام 2037، مع استهداف اعتماد الوكالة الأوروبية للمهمة في 2027.