הדמיות מודל ראשונות אי-פעם של כוכבים בודדים באשכול כוכבים בתהליך יצירתו מציעות מנגנונים אפשריים להיווצרות חורים שחורים בעלי מסה בינונית
מחקר משותף בראשות מיצ'יקו פוג'י מאוניברסיטת טוקיו הציע מנגנון אפשרי להיווצרות חורים שחורים בעלי מסה בינונית באשכולות כדוריים, אשכולות כוכבים שיכולים להכיל עשרות אלפים או אפילו מיליונים של כוכבים דחוסים בצפיפות. ההדמיות הראשונות אי-פעם של היווצרות אשכולות כוכבים מסיביים על בסיס כוכבים פרטניים חשפו שעננים מולקולריים בצפיפות מספקת, מהווים אתר לידה של אשכולות הכוכבים, ויכולים להוליד כוכבים מסיביים מאוד שמתפתחים לחורים שחורים בעלי מסה בינונית. הממצאים פורסמו בכתב העת Science.
"תצפיות קודמות הציעו כי חלק מאשכולות הכוכבים המסיביים (אשכולות כדוריים) מכילים חור שחור בעל מסה בינונית (IMBH)," מסבירה פוג'י את הסיבה לפרויקט המחקר. "חור שחור בעל מסה בינונית הוא חור שחור עם מסה של 100-10,000 מסות שמש. עד כה, לא הייתה הוכחה תיאורטית חזקה לקיום חורים שחורים בעלי מסה בינונית של 1,000-10,000 מסות שמש בהשוואה לחורים שחורים פחות מסיביים (מסה כוכבית) ויותר מסיביים (על-מסיביים)."
אתרי הלידה של הכוכבים עלולים לעורר דימויים של חום ושלווה. לא כך עם כוכבים. אשכולות כוכבים כדוריים נוצרים כאשר ההבדלים בצפיפות גורמים לכוכבים להתנגש ולהתמזג. ככל שהכוכבים ממשיכים להתמזג ולגדול, כוחות הכבידה גדלים איתם. ההתנגשויות הכוכביות החוזרות ונשנות באזור הצפוף והמרכזי של אשכולות הכוכבים הכדוריים נקראות התנגשויות מסלול. התנגשויות אלו יכולות להוביל להולדת כוכבים מסיביים מאוד עם יותר מ-1,000 מסות שמש. כוכבים אלו יכולים פוטנציאלית להתפתח לחורים שחורים בעלי מסה בינונית. עם זאת, הדמיות קודמות של אשכולות שכבר נוצרו הציעו שרוחות כוכביות מפזרות את רוב המסה שלהם, מה שמשאיר אותם קטנים מדי. כדי לחקור אם חורים שחורים בעלי מסה בינונית יכולים "לשרוד," החוקרים היו צריכים להדמות אשכול בזמן שהוא עדיין מתהווה.
"הדמיות היווצרות אשכולות כוכבים היו מאתגרות בשל עלות ההדמיה," אומרת פוג'י. "בפעם הראשונה, הצלחנו לבצע הדמיות נומריות של היווצרות אשכול כוכבים כדורי, תוך שימוש בכוכבים בודדים. על-ידי פתרון מודל של כוכבים בודדים עם מסה מציאותית עבור כל אחד, יכולנו לשחזר את התנגשויות הכוכבים בסביבה דחוסה. עבור הדמיות אלו, פיתחנו קוד הדמיה חדשני, בו יכולנו לשלב מיליוני כוכבים בדיוק גבוה."
בהדמיה, התנגשויות המסלול אכן הובילו להיווצרות כוכבים מסיביים מאוד שהתפתחו לחורים שחורים בעלי מסה בינונית. החוקרים מצאו גם שהיחס בין המסה של האשכול לחור השחור בעל המסה הבינונית תאם את התצפיות שהניעו את הפרויקט מלכתחילה.
"המטרה הסופית שלנו היא לדמות גלקסיות שלמות על-ידי פתרון מודל של כוכבים בודדים," מציינת פוג'י למחקר עתידי. "עדיין קשה להדמות גלקסיות בגודל שביל החלב על-ידי פתרון מודל של כוכבים בודדים באמצעות מחשבי-על זמינים כיום. עם זאת, ייתכן שנוכל להדמות גלקסיות קטנות יותר כמו גלקסיות ננסיות. אנו גם רוצים לכוון לאשכולות הראשונים, אשכולות כוכבים שנוצרו ביקום הקדום. האשכולות הראשונים הם גם מקומות שבהם יכולים להיוולד חורים שחורים בעלי מסה בינונית."
עוד בנושא באתר הידען:
