ساعدت البقايا “المتذبذبة” لنجم عانى من موت مروع بسبب ثقب أسود هائل في الكشف عن السرعة التي يدور بها مفترسه الكوني.
يُعتقد أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تولد من خلال عمليات اندماج متتالية لثقوب سوداء أصغر حجمًا، كل منها يجلب معه زخمًا زاويًا يسرع دوران الثقب الأسود الذي يولده. وبالتالي، فإن قياس دوران الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن يمنح نظرة ثاقبة لتاريخها، ويقدم بحث جديد طريقة جديدة لإجراء مثل هذه الاستنتاجات بناءً على تأثير الثقوب السوداء الدوارة على نسيج المكان والزمان.
تم تمزيق النجم المنكوب الموجود في قلب هذا البحث بطريقة وحشية بواسطة ثقب أسود هائل خلال ما يسمى بحدث اضطراب المد والجزر (TDE). تبدأ هذه الأحداث عندما يقترب نجم من تأثير الجاذبية الهائل للثقب الأسود. بمجرد أن يقترب النجم بدرجة كافية، تتولد قوى المد والجزر الهائلة داخل النجم، والتي تسحقه أفقيًا بينما تمده عموديًا. وهذا ما يسمى “المعكرونة”، وهي عملية تحول النجم إلى خيط من المعكرونة النجمية – ولكن الأهم من ذلك، ليس كل ذلك يلتهمه الثقب الأسود المدمر.
يتطاير بعض هذه المواد، بينما يلتف بعضها حول الثقب الأسود، مكونًا سحابة مسطحة تسمى القرص التراكمي. لا يقوم قرص التراكم هذا بتغذية الثقب الأسود المركزي تدريجيًا فحسب، بل إن قوى المد والجزر نفسها التي مزقت النجم في المقام الأول تسبب أيضًا قوى احتكاك هائلة تعمل على تسخين هذا الطبق من الغاز والغبار، مما يجعله يتوهج بشكل ساطع.
متعلق ب: يجد العلماء ثقبًا أسودًا نجمًا معكرونًا قريبًا بشكل ملحوظ من الأرض
علاوة على ذلك، عندما تدور الثقوب السوداء فائقة الكتلة، فإنها تسحب معها نسيج الزمكان (وحدة رباعية الأبعاد للمكان والزمان). وهذا ما يسمى بتأثير “Lense-Thirring” أو “سحب الإطار” يعني أنه لا يوجد شيء يقف ساكنًا على حافة ثقب أسود هائل. ويتسبب هذا التأثير أيضًا في “تمايل” قصير الأمد في القرص التراكمي للثقب الأسود الذي تم تشكيله حديثًا.
الآن، اكتشف فريق من الباحثين أن “تمايل” قرص التراكم يمكن استخدامه لتحديد مدى سرعة دوران الثقب الأسود المركزي.
قال قائد الفريق ديراج “دي جي” باشام، وهو عالم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، لموقع Space.com: “إن سحب الإطار هو تأثير موجود حول جميع الثقوب السوداء الدوارة”. “لذلك، إذا كان الثقب الأسود المعطل يدور، فإن تدفق الحطام النجمي إلى الثقب الأسود بعد TDE يخضع لهذا التأثير.”
المعكرونة النجمية الساخنة المقدسة!
للتحقيق في TDEs وسحب الإطارات، أمضى الفريق خمس سنوات في البحث عن أمثلة مشرقة وقريبة نسبيًا لقتل النجوم الناجم عن الثقوب السوداء والتي يمكن متابعتها بسرعة. كان الهدف هو اكتشاف علامات تقدم القرص التراكمي الناتج عن تأثير لينس-ثيرينغ.
وفي فبراير 2020، وصل هذا البحث إلى نتيجة. وتمكن الفريق من اكتشاف AT2020ocn، وهو وميض ساطع من الضوء قادم من مجرة تقع على بعد حوالي مليار سنة ضوئية. تم رصد AT2020ocn في البداية في الأطوال الموجية للضوء البصري بواسطة Zwicky Transient Facility، حيث تشير بيانات الضوء المرئي هذه إلى أن الانبعاث نشأ من TDE يشتمل على ثقب أسود هائل كتلته تتراوح بين مليون و 10 ملايين مرة كتلة الشمس.
“بسبب تأثير لينس-ثيرينغ، فإن انبعاث الأشعة السينية القادمة من قرص التراكم الساخن الذي تم تشكيله حديثًا، يتقدم أو يتذبذب”. وقال باشام: “يظهر هذا كتعديلات للأشعة السينية في البيانات”. “ومع ذلك، بعد فترة من الوقت، عندما تنخفض قوة التراكم، تجبر الجاذبية القرص على التوافق مع الثقب الأسود، وبعد ذلك يتوقف التذبذب وتعديلات الأشعة السينية.”
اشتبه باشام وزملاؤه في أن TDE الذي أطلق AT2020ocn يمكن أن يكون الحدث المثالي الذي يمكن من خلاله مطاردة حركة لينس-ثيرينغ، ولأن هذا النوع من التذبذب لا يوجد إلا في وقت مبكر بعد تكوين قرص التراكم، كان عليهم التصرف بسرعة.
وقال باشام: “كان المفتاح هو الحصول على الملاحظات الصحيحة”. “الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها القيام بذلك هي أنه بمجرد حدوث اضطراب المد والجزر، ستحتاج إلى الحصول على تلسكوب للنظر إلى هذا الكائن بشكل مستمر، لفترة طويلة جدًا، حتى تتمكن من فحص جميع أنواع المقاييس الزمنية، بدءًا من الدقائق إلى أشهر.”
وهنا يأتي دور مستكشف التركيب الداخلي للنجم النيوتروني (NICER) التابع لناسا: تلسكوب الأشعة السينية الموجود في محطة الفضاء الدولية (ISS) الذي يقيس إشعاع الأشعة السينية حول الثقوب السوداء وغيرها من الأجسام الضخمة المدمجة فائقة الكثافة مثل النجوم النيوترونية. وجد الفريق أن NICER لم يكن قادرًا على التقاط TDE فحسب، بل كان تلسكوب الأشعة السينية المثبت على محطة الفضاء الدولية قادرًا أيضًا على مراقبة الحدث بشكل مستمر أثناء تطوره على مدار عدة أشهر.
وقال باشام: “لقد اكتشفنا أن سطوع الأشعة السينية ودرجة حرارة المنطقة التي تنبعث منها الأشعة السينية بعد TDE يتم تعديلها على نطاق زمني مدته 15 يومًا”. “لقد اختفت إشارة الأشعة السينية المتكررة لمدة 15 يومًا بعد ثلاثة أشهر.”
كما شكلت النتائج التي توصل إليها الفريق مفاجأة.
كشفت تقديرات كتلة الثقب الأسود وكتلة النجم المعطل أن الثقب الأسود لم يكن يدور بالسرعة المتوقعة. وقال باشام: “كان من المفاجئ بعض الشيء أن الثقب الأسود لا يدور بهذه السرعة، فقط أقل من 25% من سرعة الضوء”.
قصص ذات الصلة:
– يعلن الثقب الأسود عن نفسه لعلماء الفلك من خلال تمزيق نجم بعنف
– محطم الأرقام القياسية! الثقب الأسود المكتشف حديثًا هو الأقرب المعروف للأرض
– يكشف مرصد ناسا للأشعة السينية كيف تبتلع الثقوب السوداء النجوم وتلفظ المادة
ويعتقد باشام أنه بفضل مرصد فيرا سي روبين القادم، والذي هو قيد الإنشاء حاليًا في شمال تشيلي ومن المقرر أن يجري مسحًا للكون مدته 10 سنوات يسمى المسح القديم للمكان والزمان (LSST)، فإن المستقبل مشرق لـ TDE -الصيد.
“من المتوقع أن يكتشف روبن الآلاف من TDEs خلال العقد القادم. إذا تمكنا من قياس مبادرة لينس-ثيرينغ حتى في جزء صغير منها، فسنكون قادرين على قول شيء ما عن توزيع دوران الثقوب السوداء فائقة الكتلة، والذي يقترن بـ وخلص باشام إلى القول “كيف تطورت على مدى عمر الكون”. “لدى فريقنا بعض مقترحات المراقبة المعدة لمتابعة TDEs المستقبلية. سنحقق في سحب الإطار حول الثقوب السوداء الأخرى لـ TDE بالتأكيد!”
نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (22 مايو) في مجلة Nature.