التقط علماء الفلك أول منظر للضوء المستقطب والمجالات المغناطيسية المحيطة بـ Sagittarius A* (Sgr A*)، وهو الثقب الأسود الهائل الموجود في قلب درب ميلي.
كشفت الملاحظة التاريخية التي تم إجراؤها باستخدام Event Horizon Telescope (EHT) أن المجالات المغناطيسية المرتبة بدقة لها أوجه تشابه مع تلك التي تحيط بالثقب الأسود الهائل في قلب المجرة M87. وهذا أمر مثير للدهشة بالنظر إلى أن كتلة Sgr A* تبلغ حوالي 4.3 مليون مرة كتلة الشمس، ولكن M87* أكثر وحشية بكثير، حيث تعادل كتلتها حوالي 6.5 مليار شمس.
وبالتالي، تشير مراقبة EHT الجديدة للقوس A* إلى أن المجالات المغناطيسية القوية والمنظمة جيدًا يمكن أن تكون مشتركة بين جميع الثقوب السوداء. أيضًا، نظرًا لأن الحقول المغناطيسية لـ M87* تدفع تدفقات خارجية قوية أو “نفاثات”، تشير النتائج إلى أن القوس A* يمكن أن يكون لديه نفاثات مخفية وباهتة خاصة به.
متعلق ب: اكتشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي ثقبًا أسود هائلًا “أحمر للغاية” ينمو في الكون المبكر
“تخبرنا هذه الصورة الجديدة للثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة، Sgr A*، أنه توجد بالقرب من الثقب الأسود مجالات مغناطيسية قوية وملتوية ومنتظمة”، قالت سارة عيسون، قائدة الأبحاث المشاركة في برنامج زمالة هابل التابع لوكالة ناسا. قال زميل أينشتاين في مركز الفيزياء الفلكية (CfA) في جامعة هارفارد وسميثسونيان لموقع Space.com: “لفترة من الوقت، كنا نعتقد أن المجالات المغناطيسية تلعب دورًا رئيسيًا في كيفية تغذية الثقوب السوداء وإخراج المادة في النفاثات القوية.
“تُظهر هذه الصورة الجديدة، إلى جانب بنية الاستقطاب المشابهة بشكل لافت للنظر والتي شوهدت في الثقب الأسود M87* الأكبر والأقوى، أن المجالات المغناطيسية القوية والمرتبة ضرورية لكيفية تفاعل الثقوب السوداء مع الغاز والمادة المحيطة بها.”
مقارنة مغناطيسية اثنين من الثقوب السوداء العملاقة
يتكون EHT من العديد من التلسكوبات في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / تحت المليمترية (ALMA)، والتي تجتمع معًا لتشكل تلسكوبًا بحجم الأرض، وهو ليس غريبًا على صنع التاريخ العلمي.
في عام 2017، التقط تلسكوب EHT أول صورة للثقب الأسود وبيئته، حيث قام بتصوير M87* الواقع على بعد حوالي 53.5 مليون سنة ضوئية من الأرض. بعد عامين من الكشف عن هذه الصورة للجمهور في عام 2019، كشف تعاون EHT عن النظرة الأولى للضوء المستقطب حول ثقب أسود، M87*، مرة أخرى.
يحدث الاستقطاب عندما يتم توجيه موجات الضوء نحو زاوية معينة. تعمل المجالات المغناطيسية الناتجة عن التفاف البلازما حول الثقوب السوداء على استقطاب الضوء بزاوية 90 درجة بالنسبة لها. وهذا يعني أن مراقبة الاستقطاب حول M87* سمحت للعلماء “برؤية” المجالات المغناطيسية حول الثقب الأسود لأول مرة.
تبع ذلك في عام 2022 الكشف عن أن EHT قد صور أيضًا ثقبًا أسود هائلًا أقرب بكثير إلى الأرض على بعد 27000 سنة ضوئية فقط، Sgr A*، الثقب الأسود الذي نحتت حوله مجرة درب التبانة.
الآن، قدم EHT أخيرًا للعلماء صورة للضوء المستقطب، وبالتالي المجالات المغناطيسية المحيطة بهذا الثقب الأسود الهائل.
وقال عيسون: “الضوء المستقطب هو ما يعلمنا عن المجالات المغناطيسية، وخصائص الغاز، والآليات التي تحدث عندما يتغذى الثقب الأسود”. “نظرًا للتحديات الإضافية التي تواجه الصورة Sgr A*، فمن المفاجئ حقًا أننا تمكنا من الحصول على صورة استقطابية في المقام الأول!”
ظهرت هذه التحديات على الرغم من كون القوس A* أقرب إلى الأرض، لأن الحجم الأصغر للثقب الأسود الهائل في درب التبانة يعني أنه من الصعب تصوير المادة التي تدور حوله بسرعات قريبة من الضوء. M87* أكبر بكثير، مما يعني أن المادة، أثناء انتقالها بنفس السرعة، أكثر أو أقل، تستغرق وقتًا أطول بكثير لإكمال الدائرة، مما يسهل على EHT التقاطها.
إن التغلب على هذه الصعوبات يعني أنه يمكن الآن إجراء مقارنة بين ثقبين أسودين يقعان على طرفي نقيض من طيف الثقب الأسود الهائل، أحدهما تبلغ كتلته كتلة الشمس بمليارات المرات، والآخر كتلته ملايين المرات من كتلة نجمنا. الاستنتاج الأولي هو أن هذه المجالات المغناطيسية متشابهة بشكل ملحوظ مع بعضها البعض.
وقال عيسون: “كان هذا التشابه مفاجئا بشكل خاص لأن M87* وSgr A* هما ثقبان أسودان مختلفان تماما”. “M87* هو ثقب أسود مميز تمامًا: تبلغ كتلته 6 مليارات كتلة شمسية، ويعيش في مجرة إهليلجية عملاقة، ويطلق دفقًا قويًا من البلازما يمكن رؤيته بجميع الأطوال الموجية.
“من ناحية أخرى، فإن Sgr A* شائع للغاية: كتلته تبلغ 4 ملايين كتلة شمسية، ويعيش في مجرتنا الحلزونية العادية درب التبانة، ولا يبدو أنه يحتوي على تدفق على الإطلاق.”
وأوضح عيسون أنه بمجرد النظر إلى جزء الضوء المستقطب، توقع الفريق التعرف على الخصائص المختلفة للمجالات المغناطيسية لـ M87* وSgr A*.
وأضاف عيسون: “ربما يكون أحدهما أكثر تنظيما وقوة، والآخر أكثر اضطرابا وضعفا”. “ومع ذلك، نظرًا لأنهما يبدوان متشابهين مرة أخرى، فقد أصبح من الواضح تمامًا الآن أن هاتين الفئتين المختلفتين من الثقوب السوداء لهما هندسة مجال مغناطيسي متشابهة جدًا!”
تشير النتائج إلى أن إجراء تحقيق أعمق في Sgr A* قد يكشف عن ميزات غير مكتشفة حتى الآن.
هل يُطلق الثقب الأسود الهائل في درب التبانة تيارًا خفيًا؟
إن استقطاب الضوء والمجالات المغناطيسية الأنيقة والقوية للقوس A*، وحقيقة أنها تشبه إلى حد كبير نظيرتها لـ M87*، قد تشير إلى أن ثقبنا الأسود المركزي كان يخفي سرًا عنا حتى الآن.
وأوضح عيسون: “نتوقع أن ترتبط المجالات المغناطيسية القوية والمرتبة بشكل مباشر بإطلاق الطائرات كما لاحظنا في M87*”. “بما أن Sgr A*، مع عدم وجود طائرة مرصودة، يبدو أن لديه هندسة مشابهة جدًا، فربما هناك أيضًا طائرة كامنة في Sgr A* في انتظار مراقبتها، الأمر الذي سيكون مثيرًا للغاية!”
لم يتفاجأ علماء الفلك كثيرًا بعدم رؤية طائرة من Sgr A*. وذلك لأن M87* محاط بكمية كبيرة من الغاز والغبار لدرجة أنه يستهلك ما يعادل شمسين أو ثلاثة شمس كل عام. وهذا يعني وجود الكثير من المواد التي يمكن لحقولها المغناطيسية توجيهها إلى أقطابها وتنفجر على شكل نفاثات.
من ناحية أخرى، يستهلك القوس A* القليل جدًا من المادة، وهو ما يعادل تناول إنسان حبة أرز واحدة كل مليون سنة. تشير هذه الملاحظات إلى أن الثقب الأسود الهائل الذي نتغذى عليه ربما لا يزال يمتلك نفاثًا؛ فمن الصعب أن نرى.
وقال عيسون: “هناك الكثير من الأدلة على التدفقات الخارجية المحتملة وحتى النفاثات التي يستمدها الثقب الأسود في الماضي، ومع ذلك لم يتم تصوير أي نفاثة في القوس A* أبدًا بسبب البيئة الصعبة لمركز المجرة”. سيكون اكتشافًا كبيرًا عن ثقبنا الأسود ورابطًا لتاريخه داخل مجرتنا درب التبانة.”
وأضافت أن العملية التي تطلق هذه النفاثات هي الآلية الأكثر نشاطًا في الكون بأكمله، وتؤثر بشكل كبير على قلب المجرات، على سبيل المثال، إزالة الغاز والغبار اللازم لولادة النجوم والتأثير على كيفية نمو المجرات وتطورها. وهذا يعني أن اكتشاف تيار نفاث يخرج من القوس A* من شأنه أن يؤثر على فهمنا لكيفية تطور مجرة درب التبانة لتأخذ الشكل الذي يلاحظه علماء الفلك اليوم.
وتابع عيسون: “من الملفت للنظر أن مثل هذا الضرر الواسع النطاق يمكن أن يحدث بسبب مثل هذه النواة الصغيرة في المجرة، وكل ذلك يبدأ عند حافة الثقب الأسود المركزي، حيث تحكم هذه المجالات المغناطيسية”.
وقال عيسون إنه من خلال هاتين الصورتين المستقطبتين لثقبين أسودين مختلفين تمامًا، أصبح لدى العلماء الآن أدلة دامغة للغاية على أن المجالات المغناطيسية القوية موجودة في كل مكان لدى هؤلاء العمالقة الكونيين.
وقالت: “الخطوة التالية تتضمن معرفة كيفية ارتباط هذه الهندسة بكيفية تحرك هذه الأنظمة وتطورها وتوهجها”.
سيبدأ EHT حملة المراقبة لعام 2024 في أوائل أبريل، ويأمل التعاون في الحصول على مناظر متعددة الألوان للثقوب السوداء المألوفة مثل M87* وSgr A* من خلال مراقبتها في ترددات مختلفة من الضوء.
وأضاف عيسون: “في العقد المقبل، تهدف جهود الجيل التالي من EHT إلى إضافة المزيد من التلسكوبات لملء مرآتنا الافتراضية بحجم الأرض والمراقبة كثيرًا”. “مع هذه التوسعات في EHT، سنكون قادرين على إنتاج أفلام مستقطبة للثقوب السوداء وسنراقب بشكل مباشر الديناميكيات بين الثقب الأسود M87* ونفثه.”
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
بالإضافة إلى ذلك، قال باحث CfA إن EHT قد يحصل في النهاية على بعض المساعدة الفضائية في مراقبة الثقوب السوداء وديناميكياتها. إحدى المهام المقترحة التي يمكن أن تساعد في تحقيق ذلك هي مهمة مستكشف الثقب الأسود (BHEX)، والتي تضيف تلسكوبًا فضائيًا واحدًا إلى مصفوفة EHT الأرضية.
وخلص عيسون إلى أنه “بمقدار دوران الثقوب السوداء، يُعتقد أن دورانها مرتبط بشكل مباشر بالسبب الذي يجعل المجالات المغناطيسية القريبة من الثقب الأسود تبدو بالشكل الذي تبدو عليه وكيف يمكنها إطلاق نفاثات”. “باستخدام BHEX، يمكننا تصوير توقيع حلقة الفوتون الحادة للثقوب السوداء. تشفر حلقة الفوتون هذه خصائص الزمكان حول الثقب الأسود، بما في ذلك دوران الثقب الأسود!”
نُشر بحث فريق EHT يوم الأربعاء (27 مارس) في مجلة Astrophysical Journal Letters.