يقول العلماء إن النفثات الضخمة من المواد التي تنطلق من ثقب أسود تقزم حتى أكبر المجرات

اشترك في النشرة العلمية Wonder Theory من CNN. استكشف الكون من خلال الأخبار حول الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

رصد علماء الفلك زوجًا هائلاً من النفاثات تنطلق من ثقب أسود هائل يبعد 7.5 مليار سنة ضوئية عن الأرض. ويبلغ طول البنية الضخمة 23 مليون سنة ضوئية، مما يجعل نفاثات الثقب الأسود هذه الأكبر على الإطلاق، وفقًا لبحث جديد.

يُنظر إلى الثقوب السوداء على أنها مكبات قمامة في الكون، حيث تلتهم كل ما يقترب منها تقريبًا. ولكن جزءًا من المادة يتم إخراجه قبل سقوط أي جسم داخل الثقب الأسود، مما يشكل نفاثة على جانبي الثقب الأسود، كما قال مارتين أوي، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي لدراسة جديدة تصف الاكتشاف.

ونشرت النتائج في 18 سبتمبر/أيلول في مجلة “نيتشر”.

يمكن لنفثات الثقوب السوداء تسريع الإشعاع والجسيمات بسرعة تقترب من سرعة الضوء، مما يجعلها تتوهج بأطوال موجية مرئية للتلسكوبات الراديوية. لفت هذا التوهج انتباه علماء الفلك وراء الدراسة الجديدة أثناء مسحهم للسماء باستخدام تلسكوب LOFAR الأوروبي، أو LOw Frequency ARray، في عام 2018.

وتتمتع النفاثات الموصوفة حديثًا بقوة ناتجة تعادل تريليونات الشمس وهي ضخمة جدًا لدرجة أن الباحثين أطلقوا على البنية الضخمة اسم بورفيريون نسبة إلى عملاق من الأساطير اليونانية.

يدفع هذا الاكتشاف علماء الفلك إلى إعادة التفكير في فهمهم لكيفية ضخامة نفثات الثقوب السوداء بالإضافة إلى كيفية تأثير هذه الميزات العملاقة على محيطها وبنية الكون.

وقال أوي “هذا الزوج ليس بحجم النظام الشمسي أو مجرة ​​درب التبانة فحسب؛ فنحن نتحدث عن 140 قطرًا من قطر مجرة ​​درب التبانة في المجمل. وستكون مجرة ​​درب التبانة بمثابة نقطة صغيرة في هذين الانفجارين العملاقين”.

البحث عن الشبكة الكونية

في البداية، كان الباحثون يبحثون عن شيء آخر باستخدام LOFAR: الخيوط الرقيقة للشبكة الكونية.

وقال أوي إن الشبكة الكونية هي البنية واسعة النطاق للكون، وهي عبارة عن شبكة من المادة تنتشر في كل الفضاء بين المجرات.

ولكن أثناء محاولتهم رصد الشبكة الكونية، اكتشف الفريق نفاثات ضخمة قادمة من المجرات. وفي المجمل، رصد الفريق 10 آلاف زوج جديد من نفاثات الثقوب السوداء. وقد تم قبول ورقة بحثية تصف هذه الأزواج للنشر في مجلة أخرى، وهي مجلة Astronomy & Astrophysics.

قال أوي: “عندما عثرنا على هذه الطائرات العملاقة لأول مرة، فوجئنا تمامًا. لم يكن لدينا أي فكرة عن وجود هذا العدد الكبير”.

وتقع الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات الكبيرة. وقال أوي إن ملاحظات الفريق سلطت الضوء على أن عددًا متزايدًا من المجرات تحتوي على نفثات من الثقوب السوداء تمتد إلى ما هو أبعد من حدودها.

كان الباحث من مجال مختلف، والمشارك في تأليف الدراسة إيفين جاست، أول من اكتشف الزوج الأكبر من النفاثات.

في ذلك الوقت، كان جاست طالبًا جامعيًا يدرس علم الآثار الكلاسيكي والتاريخ القديم في جامعة أكسفورد. ولكن بسبب الوباء، كان عمله الأكاديمي الرئيسي متوقفًا، لذلك عرض مساعدة أوي في الفحص البصري للصور الراديوية التي التقطتها LOFAR.

“بعد العثور على بورفيريون، كنا متحمسين للغاية، وبعد التحدث في الأمر، شعرت بالتشويق لرؤية واكتشاف شيء خاص لم يقدره أحد من قبل”، قال أوي عبر البريد الإلكتروني.

وأضاف أوي أنه بمجرد تأكيد الفريق للمجرة التي نشأت فيها النفاثات، “استغل إيفين خلفيته الكلاسيكية واقترح إعطاء النظام الاسم الجميل” بورفيريون “، والذي يحمله الآن”.

قبل عمليات الرصد التي أجراها مرصد لوفار، كان يُعتقد أن أنظمة النفث الكبيرة نادرة ومن المتوقع أن تكون أصغر حجمًا. وقبل رصد بورفيريون، كان أكبر نظام نفث مؤكد للثقوب السوداء هو ألكيونيوس.

وقد اكتشف نفس الفريق مجرة ​​ألكيونوس، والتي سميت أيضًا على اسم عملاق يوناني أسطوري، في عام 2022، ويعادل هذا النظام النفاث حوالي 100 مجرة ​​من مجرة ​​درب التبانة.

يُقدَّر قطر مجرة ​​درب التبانة بنحو 100 ألف سنة ضوئية. والسنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في عام واحد، أي 5.88 تريليون ميل (9.46 تريليون كيلومتر).

لكن مؤلفي الدراسة اتخذوا نهجا أوسع واعتبروا أن مجرة ​​درب التبانة يبلغ عرضها 163,078 سنة ضوئية لتشمل جميع النجوم والمادة غير المرئية داخل المجرة، وفقا لأوي.

وبناء على ذلك، قرروا أن البورفيريون يعادل 140 قطرًا من مجرة ​​درب التبانة.

والآن، قال المؤلفون إنهم يعتقدون أنه من الممكن العثور على نفاثات أكبر من بورفيريون مع تحسن تكنولوجيا التلسكوب الراديوي.

تتبع أصل المجرة

ولكشف المزيد من التفاصيل حول أصول النفاثات، أجرى الفريق عمليات رصد لاحقة باستخدام تلسكوب الراديو العملاق ميتريويف في الهند ومرصد دبليو إم كيك في هاواي. وأشارت عمليات الرصد إلى مجرة ​​بعيدة أضخم بنحو 10 مرات من مجرة ​​درب التبانة.

وكشفت البيانات التي جمعها مرصد كيك أيضًا أن الهياكل جاءت من ثقب أسود نشط في الوضع الإشعاعي، وليس من النوع المعروف بإنتاج نفاثات أكبر، وهو ما فاجأ الباحثين.

عندما تصبح الثقوب السوداء الهائلة نشطة، فإن قوتها الجاذبية تعمل على تسخين المواد المحيطة بها، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في شكل إشعاع أو نفاثات. ووفقًا للباحثين، فإن الثقوب السوداء ذات النمط الإشعاعي أكثر شيوعًا في الكون البعيد، في حين أن الثقوب السوداء ذات النمط النفاث أكثر شيوعًا في الكون القريب.

وقال أوي في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تشير دراستنا إلى أن الثقوب السوداء النشطة في الوضع الإشعاعي قد تكون قادرة على توليد نفاثات عملاقة مثل الثقوب السوداء النشطة في الوضع النفاث في الكون القريب”. “نحن نتعلم أن النفاثات العملاقة قد تكون ظاهرة قديمة: نعلم الآن أنها كانت موجودة طوال معظم عمر الكون. غطت دراسة LOFAR الخاصة بنا 15 في المائة فقط من السماء. ومن المرجح أن يكون من الصعب رصد معظم هذه النفاثات العملاقة، لذلك نعتقد أن هناك المزيد من هذه الوحوش العملاقة هناك”.

إن فهم المدة التي استمرت فيها نفاثات الثقوب السوداء العملاقة خلال 13.8 مليار سنة من عمر الكون، يمكن أن يساعد علماء الفلك في معرفة كيفية تأثير هذه النفاثات على محيطها.

هناك سؤالان كبيران يواجهان علماء الفلك: كيف أصبح الكون ممغنطًا وكيف نشأت الهياكل الضخمة للشبكة الكونية الواقعة بين المجرات. وقد تساعدنا النفاثات الضخمة للثقوب السوداء في الإجابة على كلا السؤالين.

ووفقا لمؤلفي الدراسة، إذا استمرت لمدة ملايين السنين، فإن النفثات القوية للثقوب السوداء يمكن أن تؤثر على تدفق المادة عبر الفضاء بين المجرات من خلال إطلاق الجسيمات المشحونة والمجالات المغناطيسية عبر الفضاء.

وقال أوي “كلما وصلت النفاثات إلى الفضاء بين المجرات، فإننا نعتقد أنها تؤثر بشكل كبير على تسخين الفضاء بين المجرات وعلى مغناطيسيته. ومن بين النتائج غير المتوقعة التي توصلنا إليها من اكتشاف نظام النفاثات العملاق هذا أن نفاثات الثقب الأسود يمكن أن تصل إلى حجم الشبكة الكونية. إنها ضخمة لدرجة أنها يمكن أن تصل، من حيث المبدأ، إلى كل مكان”.

وتظهر أبحاث الفريق أن بورفيريون كان قادرًا على تسخين محيطه في الفضاء بين المجرات بنحو مليون درجة.

وقال أوي: “إذا حدث هذا التسخين في وقت مبكر بما فيه الكفاية في الزمن الكوني، فقد يكون قد أبطأ من تشكل المجرات، التي تتطلب بلازما أو غازًا بين المجرات باردًا نسبيًا من أجل الانهيار والتشكل”.

بحث جديد عن إجابات كونية

ويواصل الفريق التحقيق في كيفية امتداد نفاثات الثقب الأسود إلى ما هو أبعد من مجرتها المضيفة دون أن تصبح غير مستقرة.

وقال مارتن هاردكاسل، أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة هيرتفوردشاير في إنجلترا، والمشارك في تأليف الدراسة، في بيان: “أظهر لنا عمل مارتين أنه لا يوجد أي شيء خاص بشكل خاص حول بيئات هذه المصادر العملاقة التي تجعلها تصل إلى هذه الأحجام الكبيرة”.

وتكشف الدراسة عن اكتشاف مثير، وهو “سجل أحفوري” لنشاط الثقب الأسود الهائل الذي يمكن أن يوضح كيف تطورت النفاثات والثقب الأسود بمرور الوقت، كما قال ساشا تشيخوفسكوي، الأستاذ المشارك في قسم الفيزياء والفلك في جامعة نورث وسترن.

وقال تشيخوفسكوي، الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: “إن طول عمر النفاثات بشكل ملحوظ يمكن أن يساعدنا أيضًا في اختبار النماذج الفيزيائية للنفاثات، وخاصة استقرارها في مواجهة احتمالات طويلة لنجاح حفر طريقها عبر (الفضاء بين المجرات)”.

ربما كان البورفيريون أيضًا سببًا في مغناطيسية بيئته المحلية، ويريد أوي أن يفهم كيف يمكن للنفثات الضخمة أن تنشر المغناطيسية عبر الشبكة الكونية. إن أصل المغناطيسية أمر بالغ الأهمية لأن المجالات المغناطيسية، مثل تلك المحيطة بالأرض، يمكنها حماية الغلاف الجوي الذي يدعم الحياة.

وقال أوي: “إن المغناطيسية على كوكبنا تسمح للحياة بالازدهار، لذا نريد أن نفهم كيف نشأت. نحن نعلم أن المغناطيسية تنتشر في الشبكة الكونية، ثم تشق طريقها إلى المجرات والنجوم، وفي النهاية إلى الكواكب، لكن السؤال هو: من أين تبدأ؟ هل نشرت هذه النفاثات العملاقة المغناطيسية عبر الكون؟”

لمزيد من أخبار ورسائل CNN الإخبارية، قم بإنشاء حساب على CNN.com