تخيل جسراً فوق نهر اقتُلعت وسطه: السيارات على الضفة الأخرى — مفاجأة. هكذا نظر الفلكيون لفترة طويلة إلى الثقوب السوداء ذات الكتل من 50 إلى 130 كتلة شمسية: النجوم القادرة على إنتاجها تنفجر مثل المستعرات العظمى الناتجة عن عدم الاستقرار الزوجي. الآلية كالتالي: يصبح قلب النجم ساخناً للغاية بحيث تبدأ الفوتونات عالية الطاقة في إنتاج أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة؛ وينخفض ضغط الإشعاع بشكل كارثي، فيتمزق النجم بالكامل دون أن يترك جرمًا مدمجًا. هذا الانخفاض في طيف الكتل للثقوب السوداء، المعروف باسم "فجوة الكتلة"، اعتُبر لفترة طويلة منطقة محظورة.
ومع ذلك، فإن الكتالوج الحديث لـموجات الجاذبية — تموجات الزمكان التي رصدتها كاشفات LIGO وVirgo أثناء اندماج الأجرام الضخمة — حمل مفاجأة. فقد رُصدت فيه ثقوب سوداء بكتل تتراوح بين 50 و70 كتلة شمسية، أي داخل الفجوة مباشرة. علاوة على ذلك، تدور هذه الأجرام ببطء مثير للريبة مقارنة بتلك التي تنشأ من اندماج ثقبين أصغر. يطرح السؤال: كيف تشكلت؟
يكمن الحل في معدل التفاعل النووي بين الهيليوم والكربون في أعماق النجوم الضخمة. ففي القرن الماضي، أظهر فريد هويل وهانز بيته أن هذا المعدل المجهري يتحكم حرفياً في مصير النجوم العملاقة: فهو يحدد عند أي كتلة يصبح قلب النجم ساخناً بدرجة كافية لإطلاق إنتاج الأزواج. أظهرت القياسات المخبرية الجديدة لهذا التفاعل أنه يحدث أسرع قليلاً مما كان يُفترض سابقاً. وهذا يزيح حدود فجوة الكتلة إلى الأسفل، إلى حوالي 68.5 كتلة شمسية. ونتيجة لذلك، فإن بعض النجوم التي كان يُعتقد أنها ستدمر بالكامل، يمكنها الآن تجاوز مرحلة احتراق الهيليوم والانهيار بهدوء إلى ثقوب سوداء بكتل في النطاق المحظور سابقاً.
هذا التوضيح لا يفسر فقط ظهور الثقوب السوداء "غير الصحيحة"، بل يفسر أيضاً لغزاً آخر: ندرة المستعرات العظمى الساطعة الخالية من الهيدروجين. إذا لم ينفجر النجم بالكامل بل انهار مباشرة إلى هاوية سوداء، فإنه ببساطة لا ينتج وميضاً ساطعاً. تظل تشبيه الجسر صحيحاً، لكننا الآن نعرف: مهندسو الفيزياء النووية حركوا الدعامات قليلاً.
الثقوب السوداء الناشئة في المنطقة المحظورة تدور بسرعة أبطأ بمقدار 5 إلى 10 مرات من المتوقع للأجسام التي تولد من الاندماجات. هذا هو المفتاح: فهي تنشأ مباشرة من انهيار نجم — ذلك النجم الذي كان يُفترض أن يختفي دون أثر.