وفيما يتعلق بالثقوب السوداء فائقة الكتلة، فإن الثقب الأسود الموجود في مركز درب التبانة يعتبر هادئًا نسبيًا.
ولكن، حتى في حالته الهادئة المفترضة، يكون القوس A* عرضة للتجشؤ أو التمزق في بعض الأحيان – والآن، باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، سجل علماء الفلك حدوث شيء لم نره من قبل.
في 6 أبريل 2024، أطلق الثقب الأسود توهجًا لوحظ في الأطوال الموجية المتوسطة للأشعة تحت الحمراء، تلاه نظير من التوهج الراديوي.
على الرغم من أن القوس A* يُطلق توهجًا عرضيًا، إلا أن هذه هي المرة الأولى التي نلتقطها فيها بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وهي إحدى الأجزاء المفقودة من أحجية سلوك الثقب الأسود، وفقًا لفريق بقيادة عالم الفلك سيباستيانو فون فيلينبيرج من جامعة كاليفورنيا. معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في ألمانيا.
يقول عالم الفيزياء الفلكية جوزيف مايكل من مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية: “يتطور توهج Sgr A* ويتغير بسرعة، في غضون ساعات، ولا يمكن رؤية كل هذه التغييرات عند كل طول موجي”.
“على مدار أكثر من 20 عامًا، عرفنا ما يحدث في نطاقات الراديو والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، لكن الاتصال بينهما لم يكن واضحًا بنسبة 100 بالمائة على الإطلاق. وهذه الملاحظة الجديدة في الأشعة تحت الحمراء المتوسطة تسد هذه الفجوة.”
تُعد الثقوب السوداء فائقة الكتلة عنصرًا حاسمًا في ترتيب الكون كما نعرفه، وهي النوى التي تتجمع حولها المجرات وتدور. وتتراوح كتلتها من ملايين إلى مليارات المرات كتلة الشمس، وتظهر نطاقًا من مستويات النشاط، بدءًا من النشاط الهائج النهم حيث أنها تبتلع المادة بمعدل هائل، إلى الهدوء والسكينة.
يعد Sgr A*، الذي يقع في قلب مجرة درب التبانة، ويبلغ كتلته 4.3 مليون كتلة شمسية، أقرب ثقب أسود هائل يمكننا الوصول إليه. كما أنه يقع في الطرف الهادئ من مقياس النشاط، مما يعني أن لدينا مقعدًا في الصف الأمامي لسلوك الثقب الأسود صغير الحجم والذي سيكون خافتًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته لو حدث في مجرة أخرى.
ظل علماء الفلك يراقبون مركز المجرة عن كثب منذ عقود في مجموعة من الأطوال الموجية لتسجيل حركاتها وتجشؤها الغريب لمعرفة المزيد عن نشاط وديناميكيات البيئة الأكثر جاذبية في مجرة درب التبانة.
يخلق وجود القوس A* منطقة برية ومضطربة من الفضاء، مع طارة ضخمة من الغبار تدور حول الثقب الأسود الهائل. لا يعرف علماء الفلك أسباب التوهجات في المنطقة، لكن عمليات المحاكاة تشير إلى أنه تفاعل بين خطوط المجال المغناطيسي في قرص المادة التي تدور بشكل وثيق حول الثقب الأسود.
تشير عمليات المحاكاة إلى أنه عندما يقترب خطان من المجال بدرجة كافية من بعضهما البعض، فيمكنهما الانضمام معًا بطريقة تطلق كمية هائلة من الطاقة التي يمكننا رؤيتها على شكل انبعاث السنكروترون – الإشعاع المنبعث من الإلكترونات المتسارعة على طول خطوط المجال المغناطيسي.
لكننا لم نتمكن من التأكد، لأنه لم يكن لدينا رصدات بالأشعة تحت الحمراء المتوسطة لأحد هذه التوهجات.
“لأن الأشعة تحت الحمراء المتوسطة تقع بين المليمتر [far-infrared to microwave] “والأشعة تحت الحمراء القريبة، كانت تبقي الأسرار مغلقة حول دور الإلكترونات، التي يجب أن تبرد لإطلاق الطاقة لتشغيل التوهجات”، يوضح مايكل.
“تتوافق ملاحظاتنا الجديدة مع النماذج وعمليات المحاكاة الحالية، مما يمنحنا دليلًا قويًا آخر لدعم نظرية ما وراء التوهجات.”
تم جمع الملاحظات باستخدام أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI) الخاصة بـ JWST؛ ومصفوفة دون المليمترية التي يتم تشغيلها بشكل مشترك من قبل مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية وأكاديمية سينيكا؛ مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا؛ ومصفوفة التلسكوب الطيفي النووي التابعة لناسا، وهو مرصد لأشعة جاما يركب في محطة الفضاء الدولية.
عندما اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي توهجًا استمر حوالي 40 دقيقة، توجهوا إلى الأجهزة الأخرى لمعرفة ما قد يكونون قد جمعوه. لم تكن هناك أي اكتشافات في أنظمة الأشعة السينية وأشعة جاما – على الأرجح لأن تسارع الإلكترون لم يكن مرتفعًا بدرجة كافية – لكن مصفوفة دون المليمترية التقطت توهجًا من موجات الراديو متأخرة حوالي 10 دقائق عن منتصف الأشعة تحت الحمراء.
ويقول الباحثون إن هذه النتائج تتفق مع إشعاع السنكروترون الصادر عن مجموعة واحدة من إلكترونات التبريد التي تتسارع من خلال إعادة الاتصال المغناطيسي، أو الاضطراب المغناطيسي، أو مزيج من الاثنين معًا. ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير مما لا نعرفه، مما يعني أن هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به.
يقول فون فيلينبرج: “بينما تشير ملاحظاتنا إلى أن انبعاث الأشعة تحت الحمراء المتوسطة للقوس A* ينتج بالفعل عن انبعاث السنكروترون من إلكترونات التبريد، إلا أن هناك المزيد لنفهمه حول إعادة الاتصال المغناطيسي والاضطراب في القرص التراكمي للقوس A*”.
“إن هذا الاكتشاف الأول على الإطلاق للأشعة تحت الحمراء المتوسطة، والتنوع الذي شوهد مع مصفوفة دون المليمترية، لم يسد فقط فجوة في فهمنا لسبب التوهج في Sgr A*، ولكنه فتح أيضًا خطًا جديدًا من الاستفسارات المهمة.”
تم تقديم البحث في الاجتماع 245 للجمعية الفلكية الأمريكية. وقد تم قبوله أيضًا رسائل مجلة الفيزياء الفلكية، وهو متاح على خادم الطباعة المسبقة arXiv.