رصد علماء الفلك مشاعل وأصداء قادمة من الثقب الأسود الهائل الموجود في قلب مجرة درب التبانة، القوس A* (Sgr A*). يمكن لهذه “الألعاب النارية الكونية” وأصداء الأشعة السينية أن تساعد العلماء على فهم أفضل للعملاق الكوني المظلم والهادئ الذي تدور حوله مجرتنا.
وتوصل فريق الباحثين من جامعة ولاية ميشيغان إلى هذا الاكتشاف الرائد أثناء تمشيط عقود من البيانات من تلسكوب مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي (NuSTAR) التابع لناسا. تسعة توهجات كبيرة اكتشفها الفريق قادمة من القوس A*، تم التقاطها بواسطة NuSTAR، التي كانت تراقب الكون بالأشعة السينية منذ يوليو 2012. وقد فات علماء الفلك هذه الإشارات سابقًا.
متعلق ب: منظر جديد للثقب الأسود الهائل في قلب درب التبانة يلمح إلى ميزة مخفية مثيرة (صورة)
وقال قائد الفريق شو تشانغ، الأستاذ المساعد في قسم الفيزياء وعلم الفلك بجامعة ولاية ميشيغان، في بيان: “نحن نجلس في الصف الأمامي لمراقبة هذه الألعاب النارية الكونية الفريدة في مركز مجرتنا درب التبانة”. “كل من المشاعل والألعاب النارية تضيء الظلام وتساعدنا على مراقبة الأشياء التي لا نستطيع رؤيتها عادة.
“لهذا السبب يحتاج علماء الفلك إلى معرفة متى وأين تحدث هذه التوهجات، حتى يتمكنوا من دراسة بيئة الثقب الأسود باستخدام هذا الضوء.”
يضيء برج القوس A* مثل الرابع من يوليو
يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة مثل Sgr A* موجودة في قلوب جميع المجرات الكبيرة. مثل جميع الثقوب السوداء، فإن الثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تعادل كتلتها ملايين، أو أحيانًا مليارات، من الشموس محاطة بحدود خارجية تسمى أفق الحدث. يمثل هذا النقطة التي يصبح عندها تأثير جاذبية الثقب الأسود شديدًا جدًا، حتى أن الضوء لا يكون سريعًا بما يكفي لمطابقة سرعة الهروب.
وهذا يعني أن أفق الحدث يعمل كسطح أحادي الاتجاه لاحتجاز الضوء بحيث يستحيل الرؤية بعده. وبالتالي، فإن الثقوب السوداء غير مرئية فعليًا، ولا يمكن اكتشافها إلا من خلال التأثير الذي تحدثه على المادة المحيطة بها، والذي يمكن أن يكون كارثيًا في حالة الثقوب السوداء فائقة الكتلة.
بعض هؤلاء العمالقة الكونيين محاطون بكميات هائلة من المادة العامة التي يتغذىون عليها؛ والبعض الآخر يمضغ النجوم التي تغامر بالاقتراب كثيرًا من أفق الحدث. يتم تمزيق تلك النجوم بسبب تأثير الجاذبية الهائل للثقب الأسود قبل أن تصبح عشاءً.
ومع ذلك، في كلتا الحالتين، تشكل المادة المحيطة بالثقب الأسود في نهاية المطاف سحابة مسطحة، أو “قرص تراكم”، مع وجود الثقب الأسود في مركزها. يتوهج هذا القرص بشكل مكثف عبر الطيف الكهرومغناطيسي بسبب الاضطراب والاحتكاك الذي تخلقه قوى المد والجزر الشديدة للثقب الأسود.
ومع ذلك، لا يتم تغذية كل المادة الموجودة في القرص التراكمي إلى الثقب الأسود المركزي الهائل. يتم توجيه بعض الجسيمات المشحونة إلى أقطاب الثقب الأسود، حيث يتم إطلاقها على شكل نفاثات قريبة من سرعة الضوء مصحوبة أيضًا بإشعاع كهرومغناطيسي لامع.
ونتيجة لذلك، تقع هذه الثقوب السوداء الهائلة في مناطق تسمى النوى المجرية النشطة (AGN)، مما يزود النجوم الزائفة بالطاقة التي تكون شديدة السطوع بحيث يمكنها أن تتفوق على الضوء المشترك لكل نجم في المجرات المحيطة بها.
علاوة على ذلك، لا تقع جميع الثقوب السوداء فائقة الكتلة في النوى المجرية النشطة وتعمل كمحركات مركزية للكوازارات. بعضها ليس محاطًا بثروة من الغاز أو الغبار أو النجوم المؤسفة التي تقترب كثيرًا. وهذا يعني أيضًا أنها لا تبعث دفعات قوية من الضوء أو تحتوي على أقراص تراكمية متوهجة، مما يجعل اكتشافها أكثر صعوبة.
Sgr A*، الذي تعادل كتلته حوالي 4.5 مليون شمس، هو أحد هذه الثقوب السوداء الهادئة وغير المفترسة. في الواقع، يستهلك العملاق الكوني الموجود في قلب مجرة درب التبانة القليل جدًا من المادة، وهو ما يعادل تناول الإنسان حبة واحدة فقط من الأرز كل مليون سنة أو نحو ذلك.
ومع ذلك، عندما يحصل الرامي أ* على وجبة خفيفة، يكون ذلك مصحوبًا بتوهج خافت من الأشعة السينية. وهذا بالضبط ما شرع الفريق في البحث عنه خلال 10 سنوات من البيانات التي جمعتها NuSTAR من عام 2015 إلى عام 2024.
ركزت غريس سانجر جونسون من جامعة ولاية ميشيغان على رشقات نارية مثيرة من الضوء عالي الطاقة للتحليل، والتي توفر فرصة فريدة لدراسة البيئة المباشرة حول الثقب الأسود. ونتيجة لذلك، وجدت تسعة أمثلة لهذه التوهجات الشديدة.
“نأمل أنه من خلال بناء بنك البيانات هذا حول توهجات Sgr A*، يمكننا نحن وعلماء الفلك الآخرون تحليل خصائص توهجات الأشعة السينية هذه واستنتاج الظروف الفيزيائية داخل البيئة القاسية للثقب الأسود الهائل” سانجر جونسون. قال.
في هذه الأثناء، كان زميلها جاك أوتيج، وهو أيضاً من جامعة ولاية ميشيغان، يبحث عن شيء أكثر خفوتاً وأكثر دقة حول الرسام أ*.
يتردد صدى الثقب الأسود حول القوس A*
قام أوتيغ بفحص النشاط المحدود للقوس أ* باستخدام تقنية مشابهة للاستماع إلى الصدى. وبالنظر إلى ما يقرب من 20 عامًا من البيانات، استهدف سحابة جزيئية عملاقة بالقرب من القوس A* المعروفة باسم “الجسر”.
نظرًا لأن سحب الغاز والغبار مثل هذه التي تنجرف بين النجوم لا تولد أشعة سينية مثل النجوم نفسها، فعندما اكتشف علماء الفلك هذه الانبعاثات الضوئية عالية الطاقة من الجسر، عرفوا أنها لا بد أنها قادمة من مصدر آخر، ثم تنعكس قبالة هذه السحابة الجزيئية.
وأوضح أوتيج: “إن السطوع الذي نراه هو على الأرجح انعكاس متأخر لانفجارات الأشعة السينية السابقة من القوس A*”. “لاحظنا لأول مرة زيادة في السطوع في عام 2008 تقريبًا. وبعد ذلك، على مدار الـ 12 عامًا التالية، استمرت إشارات الأشعة السينية الصادرة من الجسر في الزيادة حتى وصلت إلى ذروة السطوع في عام 2020.”
استغرق الضوء المتردد من الجسر مئات السنين للانتقال إليه من القوس A* ثم استغرق 26000 سنة أخرى للانتقال إلى الأرض. وهذا يعني أنه من خلال تحليل صدى الأشعة السينية، تمكن يوتيج من البدء في إعادة بناء التاريخ الكوني الحديث لثقبنا الأسود الهائل.
وقال أوتيج: “أحد الأسباب الرئيسية التي تجعلنا نهتم بأن تصبح هذه السحابة أكثر سطوعًا هو أنها تتيح لنا تقييد مدى سطوع انفجار Sgr A * في الماضي”. وكشف هذا أنه منذ حوالي 200 عام، كان القوس A* أكثر سطوعًا بحوالي 100000 مرة في الأشعة السينية مما هو عليه اليوم.
قصص ذات الصلة
– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
وقال تشانغ: “هذه هي المرة الأولى التي نبني فيها تباينًا مدته 24 عامًا لسحابة جزيئية تحيط بثقبنا الأسود الهائل الذي وصل إلى ذروة سطوع الأشعة السينية”. “إنها تسمح لنا بإخبار النشاط السابق للقوس أ* منذ حوالي 200 عام.
“سيواصل فريقنا البحثي في جامعة ولاية ميشيغان هذه “لعبة علم الآثار الفلكية” لكشف أسرار مركز درب التبانة.”
إحدى الألغاز التي سيسعى الفريق للإجابة عليها هي الآلية الدقيقة التي تطلق توهجات الأشعة السينية من القوس A*، نظرًا لنظامه الغذائي المتناثر. الباحثون واثقون من أن هذه النتائج ستؤدي إلى مزيد من البحث من قبل فرق أخرى، متوقعين أن النتائج لديها القدرة على إحداث ثورة في فهمنا للثقوب السوداء الهائلة وبيئاتها.
قدم الفريق النتائج التي توصل إليها في الاجتماع 244 للجمعية الفلكية الأمريكية يوم الثلاثاء (11 يونيو).