الثقب الأسود الذي يبتلع ضوءه
أفق الحدث هو ما يجعل الثقب الأسود ثقبًا أسود: حدّ لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، أن يعود من ورائه. وبحكم التعريف، لا يرسل إلينا أي إشارة. صوّر تلسكوب أفق الحدث ظلال الثقبين الأسودين العملاقين في المجرة M87 وفي القوس A* — وهو دليل غير مباشر على وجود أفق. لكن أفق ثقب أسود وُلد من نجم لا يتجاوز عرضه عشرات الكيلومترات، وهو أصغر بكثير من أن يُصوَّر.
حجة الرفيق الخافت
لدى الفلكيين دليل آخر. في الأزواج التي يسحب فيها نجم ميت الغاز من رفيقه، تكون أنظمة الثقوب السوداء الهادئة عادة أخفت بنحو مئة مرة من أنظمة النجوم النيوترونية ذات المدارات المماثلة. التفسير: الغاز الساقط يصطدم بسطح النجم النيوتروني فيتوهج، بينما يبتلع الثقب الأسود الطاقة.
نقطة الضعف افتراض. فالحجة تفترض أن تشابه المدارات يعني تشابه معدلات التغذية. في المدارات التي تزيد مدتها على 80 دقيقة، قد يكون الرفيق قزمًا بنيًا أو نجمًا عاديًا أو عملاقًا، وقد تدفع تأثيرات عدة تدفق الغاز. معدل التغذية الحقيقي مجهول.
أزواج تدور في دقائق
لجأ تشيان-تشي ما (Qian-Qi Ma) ووي-مين قو (Wei-Min Gu) وموويوان صن (Mouyuan Sun) من جامعة شيامن، مع شان-شان ونغ (Shan-Shan Weng) من جامعة نانجينغ للمعلمين، إلى الثنائيات السينية فائقة التراص. حين يستغرق المدار أقل من 40 دقيقة، يكون الجسمان متقاربين إلى حد لا يمكن معه أن يكون الرفيق إلا قزمًا أبيض. ويتقلص المدار أساسًا بسبب إطلاق موجات الجاذبية.
وهذا يجعل هذه الأنظمة مختبرات نظيفة. فمعدل التغذية يعتمد حينها فقط على نظرية الجاذبية وعلى العلاقة بين حجم القزم الأبيض وكتلته. ويمكن حسابه من الدور المداري وحده، مع بضع كتل مفترضة: من 1.4 إلى 2 كتلة شمسية للنجم النيوتروني، ومن 3 إلى 20 للثقب الأسود.
احتفظ الفريق بخمسة أنظمة من هذا النوع، كلها في عناقيد كروية، وهي كرات كثيفة من النجوم القديمة تُعرف مسافاتها بدقة 2%:
- أربعة منها تحتوي على نجم نيوتروني، تم التعرف عليه من انفجاراته النووية الحرارية في الأشعة السينية؛
- وواحد، 47 Tuc X-9، يحتوي على ثقب أسود، تم التعرف عليه من طريقة تغيّر انبعاثاته الراديوية والسينية معًا. ويستغرق مداره نحو 28 دقيقة.
ثم قارنوا متوسط إنتاج كل نظام من الأشعة السينية، المأخوذ من تشاندرا وسويفت ومراصد أخرى، بمعدل تغذيته المحسوب.
أخفت بألف مرة
النتيجة هي الكفاءة الإشعاعية: نسبة طاقة الكتلة الساقطة التي تخرج على شكل أشعة سينية.
- في النجوم النيوترونية الأربعة، تبلغ أكثر من 5%.
- وفي الثقب الأسود، تبلغ أقل من 0.03%.
الفارق مرتبتان إلى ثلاث مراتب من حيث الحجم. أكثر الأزواج لفتًا للنظر: نظام النجم النيوتروني M15 X-2 والثقب الأسود 47 Tuc X-9 يتغذيان بمعدلات متشابهة، نحو 10¹⁶ غرام في الثانية، ومع ذلك فإن 47 Tuc X-9 أخفت بألف مرة. وحتى مع احتساب شكوك تصل إلى عشرة أضعاف في سطوع بعض المصادر، تظل المجموعتان منفصلتين.
إلى أين تذهب الطاقة
يفسر المؤلفون ذلك بما يوجد في القاع. للنجم النيوتروني سطح صلب: فحتى لو أشعّ الغاز الساخن المتدفق إشعاعًا ضعيفًا في طريقه، فإن طاقته تترسب في النهاية على ذلك السطح ويُعاد إطلاقها. أما الثقب الأسود فلا سطح له. وعند معدلات التغذية المنخفضة، يُحمل جزء كبير من طاقة الغاز إلى الداخل على شكل حرارة — ويختفي خلف الأفق.
في نظر المؤلفين، هذا دليل قوي على وجود أفق لثقب أسود نجمي، وإن كان غير مباشر، كما يقول ملخصهم نفسه. وهو يستند إلى ثقب أسود واحد. ويقدمون تنبؤًا قابلًا للاختبار: أي نجم نيوتروني جديد يُكتشف في زوج بهذا الضيق ينبغي أن يقع في المجموعة الساطعة، وأي ثقب أسود ذي مدار مماثل ينبغي أن يكون خافتًا مثل 47 Tuc X-9.
درس للثقوب السوداء العملاقة
تحمل الدراسة تحذيرًا أوسع. فبالنسبة إلى الثقوب السوداء، السطوع مقياس رديء لكمية ما تأكله. يمكن لثقب أسود أن ينمو وهو يبقى خافتًا. ووفقًا للمؤلفين، قد تفوّت المسوح التي تستنتج نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة من ضوئها جزءًا من ذلك النمو.