آينشتاين على حق مرة أخرى! يلتقط العلماء ثقبًا أسودًا يسحب نسيج الزمكان ذاته

عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.

لاحظ علماء الفلك نجمًا يتمايل في مداره حول ثقب أسود هائل مفترس يمزقه ويتغذى على مادته النجمية. هذه الملاحظة هي دليل على ظاهرة نادرة وبعيدة المنال تسمى “مبادرة لينس ثيرينغ” أو “سحب الإطار”، حيث يقوم ثقب أسود يدور بسرعة بسحب نسيج المكان والزمان بحركته.

هذه الدوامة الزمكان ظهرت لأول مرة من ألبرت أينشتايننظرية عام 1915 النسبية العامةوالتي تنبأت بأن الأجسام ذات الكتلة “تشوه” نسيج المكان والزمان (متحدين ككيان واحد يسمى الزمكان) وأن الجاذبية تنشأ من هذا التأثير الهندسي. كلما زادت كتلة الجسم، زاد تأثيره على الزمكان وبالتالي زاد تأثير جاذبيته. في عام 1918، تم ترسيخ مفهوم الأجسام الضخمة الدوارة التي تسحب الزمكان معها باستخدام النسبية العامة من قبل الفيزيائيين النمساويين جوزيف لينس وهانز ثيرينغ.

ولكن منذ ذلك الحين، أصبح من الصعب على العلماء ملاحظة هذا التأثير، مما يعني أن البحث الجديد يمكن أن يقدم للعلماء طريقة جديدة لدراسة دوران الجسم. الثقوب السوداءوالطريقة التي تتغذى بها، أو “تتراكم”، المادة الممزقة من النجوم في أحداث اضطراب المد والجزر (TDE)، وكيف تؤدي أحداث TDE إلى تدفقات خارجية قوية، أو نفاثات.

وقال كوزيمو إنسيرا Cosimo Inserra، عضو الفريق من جامعة كارديف في المملكة المتحدة، في بيان: “تُظهر دراستنا الدليل الأكثر إقناعًا حتى الآن على مبادرة لينس-ثيرينغ، وهو ثقب أسود يسحب الزمكان معه بنفس الطريقة التي قد يسحب بها قمة دوارة الماء حوله في دوامة”. “هذه هدية حقيقية للفيزيائيين حيث نؤكد التنبؤات التي تم تقديمها منذ أكثر من قرن من الزمان. ليس هذا فحسب، بل تخبرنا هذه الملاحظات أيضًا بالمزيد عن طبيعة TDEs – عندما يتم تمزيق نجم بواسطة قوى الجاذبية الهائلة التي يمارسها الثقب الأسود.”

مشاهدة تمايل

بدأ الفريق في التحقيق في مبادرة لينس-ثيرينغ من خلال دراسة TDE المعين AT2020afhd باستخدام بيانات الأشعة السينية التي تم جمعها بواسطة مركبة فضائية تابعة لناسا، ومرصد Neil Gehrels Swift (Swift)، وملاحظات الموجات الراديوية من مصفوفة Karl G. Jansky الكبيرة جدًا (VLA) الموجودة على الأرض.

يحدث TDE عندما يتجول نجم بالقرب من ثقب أسود هائل، ويولد تأثير الجاذبية الهائل لهذا العملاق الكوني، والذي يمكن أن يكون ضخمًا مثل مليارات الشموس، قوى مد وجزر داخل النجم تضغط عليه أفقيًا بينما تمده عموديًا في نفس الوقت. هذه العملية، التي تسمى السباجيتيشن، تخلق شريطًا من المعكرونة النجمية التي تلتف حول الثقب الأسود مثل المعكرونة حول شوكة، وتشكل سحابة مسطحة تسمى القرص التراكمي.

يتم تغذية المادة من قرص التراكم تدريجيًا إلى الثقب الأسود، لكن هذه العمالقة التي تهيمن على المجرات معروفة بأكلها الفوضوي، حيث يتم توجيه بعض المواد من أقطاب الثقوب السوداء بواسطة مجالات مغناطيسية قوية. ومن هناك، يتم إطلاق هذه المادة على شكل نفاثات بلازما مزدوجة قريبة من سرعة الضوء.

يشع كل من قرص التراكم لهذه الثقوب السوداء المسببة لـ TDE والنفاثات التي تندلع بشكل ساطع عبر الطيف الكهرومغناطيسي، ولأن هذه الانبعاثات تنشأ من خارج الثقب الأسود مباشرة، فيجب أن تتأثر بمبادرة لينس-ثيرينغ. يُترجم هذا التأثير إلى “تمايل” في مدار المادة في القرص التراكمي حول الثقب الأسود الهائل. في الواقع، أثناء مراقبة AT2020afhd، رأى الفريق تغيرات إيقاعية في كل من الأشعة السينية وموجات الراديو القادمة من TDE، مما يشير ضمنًا إلى أن القرص التراكمي والنفث كانا يتمايلان في انسجام تام، مع تكرار هذه الحركة كل 20 يومًا من أيام الأرض.

وتابع إنسيرا: “على عكس TDEs السابقة التي تمت دراستها، والتي تحتوي على إشارات راديوية ثابتة، أظهرت إشارة AT2020afhd تغيرات قصيرة المدى، والتي لم نتمكن من عزوها إلى إطلاق الطاقة من الثقب الأسود والمكونات المحيطة به”. “لقد أكد هذا أيضًا تأثير السحب في أذهاننا ويقدم للعلماء طريقة جديدة لاستكشاف الثقوب السوداء.”

ومن خلال نمذجة البيانات من Swift وVLA، تمكن الفريق من التأكد من أن هذه الاختلافات كانت نتيجة سحب الإطار. مزيد من التحليل لهذه النتائج يمكن أن يساعد العلماء على فهم الفيزياء وراء تأثير لينس-ثيرينغ بشكل أفضل.

وقال إنسيرا: “من خلال إظهار أن الثقب الأسود يمكنه سحب الزمكان وخلق تأثير سحب الإطار، فقد بدأنا أيضًا في فهم آليات العملية”. “لذلك، بنفس الطريقة التي يخلق بها الجسم المشحون مجالًا مغناطيسيًا عندما يدور، نرى كيف يقوم جسم دوار ضخم – في هذه الحالة ثقب أسود – بتوليد مجال مغناطيسي يؤثر على حركة النجوم والأجسام الكونية الأخرى القريبة.

“إنه تذكير لنا، خاصة خلال موسم الأعياد عندما نحدق في سماء الليل بتعجب، بأن لدينا في متناولنا الفرصة للتعرف على المزيد من الأشياء غير العادية في جميع الاختلافات والنكهات التي أنتجتها الطبيعة.”

نُشر بحث الفريق يوم الأربعاء (10 ديسمبر) في المجلة تقدم العلوم.