الماء يندفع نحو الهاوية، لكن جزءًا منه يصعد عائدًا — يغلي ويزبد عند الحافة تمامًا. هذا تقريبًا ما يفعله الغاز المتدفق نحو ثقب أسود فائق الكتلة عندما يصبح تدفقه كثيفًا للغاية. في دراسة جديدة، تتبّع العلماء هذه الصورة باستخدام محاكاة حاسوبية. أخذوا في الاعتبار تأثيرات النسبية العامة — أي كيف يثني الثقب الأسود المكان والزمان من حوله.
في الحسابات، نُظر إلى ثقوب سوداء تتراوح كتلتها بين مئة ألف وعشرة ملايين كتلة شمسية. كان الغاز يسقط عليها بسرعة قريبة من حد إدنجتون (Eddington limit) — وهو الحد الذي يصبح عنده ضغط الإشعاع كافيًا لدفع المادة بعيدًا. يعتمد مصير هذا الغاز على مدى ثقل الثقب المركزي. إذا لم يكن ضخمًا جدًا — حتى مليون كتلة شمسية — فإن الإشعاع المحبوس في المنطقة الداخلية يسرّع جزءًا من الغاز ويقذفه عبر القطبين في صورة نفاثات ضيقة. هكذا ينشأ بنية طبقية: تيارات المادة تتدفق إلى الداخل وإلى الخارج معًا.
أما بالنسبة للثقوب الأكثر ضخامة — التي تزيد كتلتها عن ثلاثة ملايين كتلة شمسية — فالصورة مختلفة. لم يعد الإشعاع قادرًا على اختراق سمك الغاز المتساقط، ولا تنشأ أي انبعاثات. بدلًا من ذلك، يتشكل تدريجيًا حول الثقب غلاف ممتد. يشبه هذا الغلاف قدرًا يغلي بغطاء محكم: الغاز فيه يختلط باستمرار، لكنه بالكاد يصل إلى أفق الحدث. في كلتا الحالتين، يصل إلى الثقب الأسود نفسه حوالي عشرة بالمائة فقط مما كان يمكن أن يسقط في حالة السقوط الحر. أما الباقي فيُحمل بعيدًا أو يعلق في الغلاف.
هذه النتيجة مهمة لفهم كيفية نمو الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات. إذا تراكم غلاف ضخم حول الثقب، فقد يخفيه عن تلسكوباتنا لفترة طويلة. ثم، عندما يتجاوز التسخين العتبة الحرجة، قد يشتعل ويقذف المادة المتراكمة. ربما تفسر هذه العمليات بالتحديد التزامن الغامض في نمو الثقوب السوداء ومجراتها المضيفة.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2605.24087
By performing a viscous hydrodynamics simulation in general relativity for super-Eddington accretion flows onto massive black holes of mass $$M=10^5$$--$$10^7M_\odot$$, we discuss a formation scenario for black hole-envelope systems. We consider the mass accretion rate of $$a^3/G \approx 1.5 \times 10^{25} (a/10\,\mathrm{km\,s^{-1}})^3$$\,g/s, comparable to the Eddington mass accretion rate of a $$10^7M_\odot$$ black hole, assuming that the gas temperature of the infalling matter is $$\lesssim 10^4$$\,K. Here, $$a$$ and $$G$$ denote the sound speed and gravitational constant. For the accretion flow, we set up a quasi-spherical Bondi-type flow in which radial inflow dominates over angular momentum in the distant region. It is found that (i) for low-mass black holes with $$M \lesssim 10^6M_\odot$$, a photon-trapped region forms in the inner region, and a significant viscous outflow driven near the polar region overcomes the ram pressure of the mass inflow, leading to an inflow-outflow structure; (ii) for massive black holes of $$M \gtrsim 3 \times 10^6M_\odot$$, the outflow is not launched, and a convective envelope around the black hole gradually develops; and (iii) irrespective of the black-hole mass, the mass accretion rate onto the black hole is of order 10\% of the Eddington accretion rate for reasonable values of the viscous coefficient. As the mass accretion rate onto the black holes is much lower than the mass growth rate of the envelope for low-mass black holes with $$M\lesssim 10^6M_\odot$$, the envelope mass is likely to increase until the total viscous heating rate exceeds the Eddington luminosity of the system, if the mass accretion rate is preserved to be high for $$\gtrsim 10^8 (M/10^7M_\odot)$$\,yrs.
قد يزن الغلاف المحيط بالثقب الأسود عدة أضعاف وزن الثقب نفسه قبل أن يبدأ في التبدد — وهذا يشبه كرة الثلج التي تنمو أسرع مما تذوب.
في رواية «ضوء النجوم البعيدة» للكاتب جريج بير (Greg Bear)، تُوصف سحب ذكية حول الثقوب السوداء تستخدم إشعاعها لدعم الحياة — وهي فكرة تتقاطع مع الشرنقة الحملية من هذا العمل.