عندما تقوم بالشراء من خلال الروابط الموجودة في مقالاتنا، قد تحصل شركة Future وشركاؤها المشتركون على عمولة.
رسم توضيحي لتوهج الأشعة تحت الحمراء المتوسطة يتحرك بينما تدور الإلكترونات حول المجالات المغناطيسية للقوس A*. | الائتمان: CfA / ميل فايس
استخدم علماء الفلك تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) لمراقبة التوهجات المنبعثة من ثقب القوس الأسود الهائل الموجود في قلب مجرة درب التبانة، في ضوء جديد. يمكن أن تساعد النمذجة الجديدة لهذه الملاحظات العلماء في الوصول إلى الجزء السفلي من كيفية إطلاق الثقوب السوداء لهذه التوهجات، وكذلك الكشف عن الدور الذي تلعبه المجالات المغناطيسية في نحت المادة حول هذه العمالقة الكونية.
ولاحظ الفريق، الذي يضم سيباستيانو فون فيلينبيرج من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون بألمانيا، توهجًا من القوس أ* (Sgr A*) في نظام الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لأول مرة. تمت ملاحظة التوهجات بشكل روتيني في نظام الأشعة تحت الحمراء القريبة وفي الأطوال الموجية الأخرى للضوء من قبل، حيث يقدم كل منها رؤية مختلفة لنفس التوهجات. وذلك لأن كل التغييرات التي تحدث ل الثقب الأسود التوهج بعد انطلاقه وقبل أن يتلاشى غير موجود في جميع الأطوال الموجية المختلفة للضوء. وبالتالي، فإن رصد التوهجات في أطوال موجية مختلفة يمكن أن يساعد في فهم أفضل للآليات التي تستخدمها الثقوب السوداء لإطلاق التوهجات والجداول الزمنية التي تتطور خلالها هذه التوهجات.
ومع ذلك، حتى وقت قريب، كانت عمليات الرصد بالأشعة تحت الحمراء الوسطى جزءًا مفقودًا من هذا اللغز الكوني. وهكذا الجديد تلسكوب جيمس ويب الفضائي تساعد ملاحظات JWST التي درسها الفريق وصاغها، والتي تم الكشف عنها لأول مرة في يناير 2025، على سد الفجوة في طيف توهجات Sgr A* بين أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء والراديو: مع أطوال موجية متوسطة للأشعة تحت الحمراء.
قال فون فيلينبرج لموقع Space.com: “إن بيانات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة مثيرة، لأنه بفضل بيانات JWST الجديدة، يمكننا سد الفجوة بين أنظمة الراديو والأشعة تحت الحمراء القريبة، والتي كانت بمثابة “ثغرة كبيرة” في طيف Sgr A*”. “من ناحية، يبدو توهج الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لدينا وكأنه توهج نموذجي قريب من الأشعة تحت الحمراء، لذلك نحن نعلم الآن أن التوهجات تحدث أيضًا في نظام الأشعة تحت الحمراء المتوسطة – وهذا ليس تافهًا، على سبيل المثال، يبدو تقلب الراديو مختلفًا تمامًا، ولا نرى قممًا واضحة تشبه التوهج في منحنى الضوء.”
وتابع فون فيلينبيرج: “في الوقت نفسه، فإن النتيجة تذهب إلى أبعد من ذلك”.
وأوضح أنه لأول مرة، تمكن الفريق من مراقبة المصدر بأربعة أطوال موجية مختلفة في وقت واحد باستخدام أداة واحدة. وقد سمح لهم ذلك بقياس ما يعرف بالمؤشر الطيفي للأشعة تحت الحمراء المتوسطة.
الوصول إلى قاع الثقب الأسود المشتعل
أحد أشهر جوانب الثقوب السوداء هو أنها محاطة بمنطقة خارجية تسمى “أفق الحدث” حيث يصبح تأثير جاذبية الثقب الأسود كبيرًا جدًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يتحرك بسرعة كافية للهروب من قبضته ويأخذ رحلة في اتجاه واحد إلى الفضاء. التفرد في قلبها. وهذا يعني أن الثقوب السوداء لا تصدر أي ضوء أو إشعاع كهرومغناطيسي.
لكي نكون منصفين، قد يجعل هذا الأمر يبدو غريبًا بعض الشيء دراسة Sgr A*، وهو ثقب أسود بكتلة تعادل كتلة أكثر من 4 ملايين شمس، في أي أطوال موجية للإشعاع الكهرومغناطيسي.
ومع ذلك، فإن الثقب الأسود المركزي الهائل في مجرتنا يقذف بانتظام توهجات من الضوء. لا يُعرف بعد سبب هذا “التجشؤ”، لكن محاكاة الثقوب السوداء الهائلة أشارت إلى أنه قد يكون نتيجة للتفاعلات بين المجالات المغناطيسية المحيطة. عندما تتلامس خطوط المجال المغناطيسي وتتصل، يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة، وكمنتج ثانوي، يطلق هذا نوعًا من الإشعاع يسمى “إشعاع السنكروترون”.
حقيقة أن المؤشر الطيفي للأشعة تحت الحمراء المتوسطة لتوهج القوس A* يتغير على مدى عمر الانفجار كشفت للفريق أن ظاهرة تسمى “تبريد السنكروترون” تحدث حول القوس A*. يحدث تبريد السنكروترون عندما تفقد الإلكترونات عالية السرعة الطاقة عن طريق إصدار إشعاع السنكروترون المذكور أعلاه. تعمل هذه الطاقة على تشغيل انبعاثات الأشعة تحت الحمراء المتوسطة المرصودة.
وقال فون فيلينبيرج: “في غياب عمليات المراقبة متعددة الترددات عالية الحساسية، لم يتم تأكيد وجود هذا السلوك المتوقع من قبل”. “الأمر الرائع في هذا هو أنه بما أن سرعة هذا التبريد، والمقياس الزمني للتبريد، يعتمد على قوة المجال المغناطيسي، فيمكننا الآن قياسه بالنسبة للتوهج المحدد.”
وأوضح الباحث أنه على الرغم من أن قوة المجال المغناطيسي كانت قابلة للقياس باستخدام مشاعل الأشعة تحت الحمراء القريبة، إلا أن هذه القياسات لم تسمح للعلماء بقياسها بشكل مستقل عن العوامل الأخرى، مثل العدد الإجمالي للإلكترونات في منطقة الانبعاث.
وتابع فون فيلينبيرج: “هذه الطريقة الجديدة لتحديد قوة المجال المغناطيسي مفيدة بشكل خاص لأنها “نظيفة” تمامًا حيث لا يلزم الخوض في الكثير من الافتراضات في القياس”. “هذا مفيد جدًا للنماذج النظرية، والتي تكون مقيدة بشكل سيئ في هذا الصدد بالنسبة للقوس A*، لأن شدة المجال المغناطيسي مهمة جدًا.”
وأوضح العلماء أن هذه الملاحظات لم تكن ممكنة لولا تلسكوب جيمس ويب الفضائي، وعلى وجه الخصوص، وضع تشغيل مطياف الدقة المتوسطة (MRS) في أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI).
وقال فون فيلينبرج: “من أجل الحصول على مثل هذه الحساسية العالية في منتصف الأشعة تحت الحمراء، يحتاج المرء إلى الذهاب إلى الفضاء، حيث يفسد الغلاف الجوي بشدة عمليات الرصد الأرضية عند هذا الطول الموجي”. “بالإضافة إلى ذلك، فإن أداة MIRI/MRS هي الأداة الأولى التي تمنحك تغطية واسعة النطاق للطول الموجي للقوس A*، وهو شرط أساسي لقياس المؤشر الطيفي، لذا فهي حقًا ضربة مزدوجة!”
أبحاث الفريق متاحة على موقع مستودع الورق arXiv، مع اثنين أوراق رفيقة نشرت أيضا ل موقع.