لاحظ علماء وكالة ناسا حفرية كونية مذهلة تم إنشاؤها عندما اندلع ثقب أسود هائل منذ أكثر من 5 ملايين سنة.
استخدم الفريق في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة الفضاء التلسكوب الفضائي لبعثة الأشعة السينية المتعددة المرايا (XMM-Newton) بمساعدة مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا لاكتشاف الأشعة السينية التي تحدد سحب الغاز البارد في المناطق القريبة نسبيًا. المجرة الحلزونية NGC 4945، تبعد 13 مليون سنة ضوئية وتقع في كوكبة القنطور (القنطور).
يبدو أن الغاز قد اخترق المجرة عندما انفجر من حول الثقب الأسود المركزي، الذي تبلغ كتلته حوالي 1.6 مليون شمس ويتغذى حاليًا على المادة المحيطة به، مما يؤدي إلى تشغيل المحرك المجري اللامع الذي يسمى نواة المجرة النشطة (AGN). .
متعلق ب: هذا الثقب الأسود الهائل هو أبعد ما يمكن رؤيته في الأشعة السينية
هذا الغاز الذي تم ترتيبه بواسطة هذا الثقب الأسود الهائل هو المادة الخام التي تنهار لتكوين النجوم. وبالتالي، يمكن لهذه النتائج أن تساعد العلماء على فهم أفضل لكيفية تأثير الثقوب السوداء الهائلة، والتي يمكن أن تنمو إلى كتل أكبر بمليارات المرات من كتلة الشمس، على محيطها وتوجيه تطور المجرة.
“هناك جدل مستمر في المجتمع العلمي حول كيفية تطور المجرات. نجد ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة في مراكز جميع المجرات بحجم درب التبانة تقريبًا، والسؤال المفتوح هو مدى تأثيرها مقارنة بتأثيرات تكوين النجوم،” جودارد وقال عالم الفيزياء الفلكية ورئيس الفريق كيمبرلي ويفر في بيان. إن دراسة المجرات القريبة مثل NGC 4945، والتي نعتقد أننا نراها في فترة انتقالية، تساعدنا على بناء نماذج أفضل لكيفية إنتاج النجوم والثقوب السوداء للتغيرات المجرية.
مجرة ولادة نجمية نشطة
في حين أن معظم المجرات لديها ثقب أسود هائل في قلوبها، إلا أن هذه العمالقة الكونية ليست كلها تراكم المادة، كما أن تأثير جاذبيتها لا يحرك المادة المحيطة بها، مما يولد الظروف العنيفة اللازمة لـ AGN.
المجرات مثل NGC 4945 التي تمتلك نوى مجرية نشطة، والتي غالبًا ما تتفوق على كل نجم في المجرة بأكملها مجتمعة، تسمى “المجرات النشطة”. لكن في بعض الأحيان يكون الغبار السميك على شكل كعكة أو “طارة” في وسط هذه المجرات النشطة كثيفًا بدرجة كافية ليحجب على الأقل بعض الضوء الصادر عن النوى المجرية النشطة من المراقبين الخارجيين.
ومع ذلك، فإن الضوء ليس هو الانبعاث الوحيد من النوى المجرية النشطة الموجودة في قلب المجرات النشطة؛ المادة التي لا يتم تغذيتها إلى الثقب الأسود ليتم معالجتها، أو “تتراكم”، يمكن توجيهها بواسطة المجالات المغناطيسية إلى أقطاب الثقب الأسود. من هنا، يتم تسريع هذه الجسيمات إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء وتنفجر على شكل نفاثات يمكن أن تمتد لآلاف السنين الضوئية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للجسيمات الهروب من النوى المجرية النشطة في المجرات النشطة عبر رياح قوية من الغاز والغبار.
إن امتلاك مجرة AGN فائقة الضخامة والتي تعمل بالثقب الأسود ليس هو الشيء الوحيد الذي يفصل NGC 4945 عن المجرات الأخرى الأكثر هدوءًا مثل درب التبانة. تُصنف هذه المجرة الحلزونية القريبة أيضًا على أنها “مجرة انفجار نجمي”، مما يشير إلى أنها تمر بانفجار مكثف لتكوين النجوم.
تشير التقديرات إلى أن NGC 4945 يشكل أجسامًا نجمية بمعدل 18 نجمًا شبيهًا بالشمس كل عام، أي أسرع بثلاث مرات من معدل تكوين النجوم في درب التبانة. تتمركز هذه الولادة النجمية بشكل أساسي في قلب المجرة ولن تنتهي إلا عند استنفاد المادة الخام للولادة النجمية، وهي سحب الغاز الباردة والكثيفة. ومن المتوقع أن تستغرق هذه العملية ما بين 10 ملايين و100 مليون سنة.
اكتشاف أحفورة كونية في غير مكانها في NGC 4945
عند النظر إلى NGC 4945 باستخدام تلسكوب XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، رصد ويفر وفريقه ميزة تسمى خط K-alpha الحديدي، والتي تحدث عندما يصدر ضوء الأشعة السينية عالي الطاقة من المادة حول قرص الثقب الأسود المركزي فائق الكتلة. يضرب الغاز البارد في مكان آخر من المجرة.
يُرى الخط الحديدي بشكل شائع في المجرات ذات النوى المجرية النشطة، لكن هذه الملاحظة فاجأت الفريق لأنه لم يكن قريبًا من الثقب الأسود المركزي كما توقعوا، وكما تشير النظريات الحالية إلى أنه ينبغي أن يكون كذلك.
إن حقيقة رؤية NGC 4945 من حافة الأرض تعني أن علماء ناسا تمكنوا من تتبع الخط الحديدي على بعد 32000 سنة ضوئية فوق مستوى المجرة و 16000 سنة عبر المجرة المائلة.
“لقد رسمت شاندرا خريطة للحديد K-alpha في مجرات أخرى. وفي هذه المجرة، ساعدتنا في دراسة مصادر الأشعة السينية الساطعة الفردية في السحابة لمساعدتنا على استبعاد الأصول المحتملة الأخرى إلى جانب الثقب الأسود،” عضو الفريق وباحث ما بعد الدكتوراه في جودارد. قالت جينا كان. “لكن خط NGC 4945 يمتد بعيدًا عن مركزه لدرجة أننا كنا بحاجة إلى مجال رؤية XMM-Newton الواسع لرؤية كل ذلك.”
ويفترض الفريق أن سبب هذه الميزة الاستثنائية هو نفاثات من الجسيمات المنبعثة من الثقب الأسود الهائل NGC 4945، قبل 5 ملايين سنة. ويعتقدون أن هذه الطائرة ربما كانت موجهة بحيث انفجرت عبر المجرة بدلاً من الهروب من المستوى المجري.
تسبب هذا الثوران في هبوب رياح قوية للغاية لا تزال تهب في NGC 4945 كما نراها اليوم، ومن الممكن أيضًا أن تكون قد تسببت في فترة الانفجار النجمي المكثف للمجرة.
قصص ذات الصلة:
– قد يكمن دخيل “خارج المجرة” بين النجوم التي تدور حول الثقب الأسود في درب التبانة
– هل يمكن للنجوم أن تتشكل حول الثقوب السوداء؟
– هل يوجد ثقب أسود عالق داخل الشمس؟ لا، ولكن هذا هو سبب تساؤل العلماء
وسيواصل الفريق الآن مراقبة NGC 4945 والبحث عن أدلة أخرى توضح كيفية تأثير الثقب الأسود المركزي على تطور المجرة. وسيحققون أيضًا فيما إذا كانت الأشعة السينية القادمة من المنطقة الوسطى قادرة على تبديد الغاز البارد، مما يؤدي في النهاية إلى الاقتراب من تكوين النجوم المكثف وإخماد مرحلة الانفجار النجمي لـ NGC 4945.
وقال إدموند هودجز كلوك عضو الفريق وعالم الفيزياء الفلكية في جودارد: “هناك عدد من الأدلة التي تشير إلى أن الثقوب السوداء تلعب أدوارًا مهمة في بعض المجرات في تحديد تاريخ تكوين النجوم ومصائرها”. “نحن ندرس الكثير من المجرات، مثل NGC 4945، لأنه في حين أن الفيزياء هي نفسها تقريبًا من ثقب أسود إلى ثقب أسود، فإن تأثيرها على مجراتها يختلف بشكل كبير.”
“لقد ساعدنا XMM-Newton على اكتشاف أحفورة مجرية لم نكن نعلم أننا نبحث عنها – ولكن من المحتمل أنها الأولى من بين العديد من الحفريات.” وتابع هودجز كلوك.
قدم ويفر النتائج التي توصل إليها الفريق في الاجتماع 243 للجمعية الفلكية الأمريكية في نيو أورليانز، لويزيانا، يوم الأربعاء 11 يناير.