الكون المرئي هو مكان كبير للغاية ، ويقدر قطره بنحو 91 مليار سنة ضوئية. نتيجة لذلك ، يضطر علماء الفلك إلى الاعتماد على أدوات قوية لرؤية الأشياء البعيدة. ولكن حتى هذه تكون محدودة في بعض الأحيان ، ويجب إقرانها بتقنية تُعرف باسم عدسة الجاذبية. يتضمن ذلك الاعتماد على توزيع كبير للمادة (مجرة أو نجم) لتكبير الضوء القادم من جسم بعيد.
باستخدام هذه التقنية ، قام فريق دولي بقيادة باحثين من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) مرصد راديو أوينز فالي (OVRO) كانت قادرة على مراقبة تدفق الغاز الساخن من ثقب أسود هائل في مجرة بعيدة (المعروفة باسم PKS 1413 + 135). قدم الاكتشاف أفضل عرض حتى الآن لأنواع الغازات الساخنة التي يتم اكتشافها غالبًا قادمة من مراكز الثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBH).
تم وصف نتائج البحث في اثنين دراسات التي تم نشرها في عدد ١٥ أغسطس منمجلة الفيزياء الفلكية.قاد كلاهما هاريش فيدانثام Harish Vedantham ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه من Caltech Millikan ، وكانا جزءًا من مشروع دولي بقيادة أنتوني ريدهيد - أستاذ روبنسون في علم الفلك ، الفخري ، ومدير OVRO.
يعد مرصد أوينز فالي الراديوي (OVRO) - الواقع بالقرب من بيشوب ، كاليفورنيا - أحد أكبر المراصد الراديوية التي تديرها الجامعات في العالم. الائتمان: ovro.caltech.edu
كان مشروع OVRO نشطًا منذ عام 2008 ، حيث قام بإجراء عمليات رصد مرتين في الأسبوع لحوالي 1800 SMBHs نشطة ومجراتها الخاصة باستخدام تلسكوب 40 مترًا. أجريت هذه الملاحظات لدعم وكالة ناسا تلسكوب فيرمي الفضائي لأشعة جاما ، والتي أجرت دراسات مماثلة لهذه المجرات و SMBHs الخاصة بهم خلال نفس الفترة.
كما أشار الفريق في دراستهم ، قدمت هذه الملاحظات نظرة ثاقبة جديدة لتكتلات المادة التي يتم إخراجها دوريًا من الثقوب السوداء فائقة الكتلة ، بالإضافة إلى فتح إمكانيات جديدة لأبحاث عدسة الجاذبية. كما أشار الدكتور فيدانثام في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الأخير بيان صحفي :
'لقد علمنا بوجود هذه الكتل من المواد المتدفقة على طول نفاثات الثقب الأسود ، وأنها تتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، ولكن لا يُعرف الكثير عن بنيتها الداخلية أو كيفية إطلاقها. مع أنظمة العدسات مثل هذا ، يمكننا رؤية الكتل أقرب إلى المحرك المركزي للثقب الأسود وبتفاصيل أكثر بكثير من ذي قبل. '
بينما يُعتقد أن جميع المجرات الكبيرة تحتوي على SMBH في وسط مجرتهم ، لا تصاحبهم جميعًا نفاثات من الغاز الساخن. يرتبط وجود مثل هذه الطائرات بما يعرف باسم نواة المجرة النشطة (AGN) ، وهي منطقة مضغوطة في مركز المجرة تكون ساطعة بشكل خاص في العديد من الأطوال الموجية - بما في ذلك الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء والبصرية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.
رسم توضيحي يوضح التكوين المحتمل لنظام عدسات الجاذبية الذي اكتشفه OVRO. الائتمان: أنتوني ريدهيد / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / موجافي
هذه النفاثات ناتجة عن مادة يتم سحبها نحو SMBH ، والتي ينتهي بعضها بالقذف في شكل غاز ساخن. تنتقل المواد في هذه التيارات بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، وتكون التدفقات نشطة لفترات تتراوح من 1 إلى 10 ملايين سنة. بينما في معظم الأوقات ، تكون النفاثات متسقة نسبيًا ، كل بضع سنوات ، فإنها تقذف كتلًا إضافية من المادة الساخنة.
في عام 2010 ، لاحظ باحثو OVRO أن انبعاثات راديو PKS 1413 + 135 قد سطعت وتلاشت ثم سطعت مرة أخرى على مدار عام. في عام 2015 ، لاحظوا نفس السلوك وأجروا تحليلاً مفصلاً. بعد استبعاد التفسيرات المحتملة الأخرى ، خلصوا إلى أن السطوع الكلي كان على الأرجح ناتجًا عن كتلتين عاليتي السرعة من المواد يتم طردهما من الثقب الأسود.
سارت هذه الكتل على طول الطائرة وأصبحت مكبرة عندما مرت خلف عدسة الجاذبية التي كانوا يستخدمونها في ملاحظاتهم. كان هذا الاكتشاف مصادفة للغاية ، وكان نتيجة سنوات عديدة من الدراسة الفلكية. كما أوضح تيموثي بيرسون ، كبير علماء الأبحاث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومؤلف مشارك في الورقة:
'لقد أخذنا ملاحظات لعدد كبير من المجرات للعثور على هذا الجرم الواحد مع الانخفاضات المتماثلة في السطوع التي تشير إلى وجود عدسة الجاذبية. نحن الآن نبحث بجدية في جميع بياناتنا الأخرى لمحاولة العثور على أجسام مماثلة يمكن أن تعطي رؤية مكبرة لنوى المجرة '.
تمثيل فني لنواة مجرة نشطة (AGN) في مركز مجرة. الائتمان: NASA / CXC / M. Weiss
كان الأمر المثير أيضًا بشأن ملاحظات الفريق الدولي هو طبيعة 'العدسة' التي استخدموها. في الماضي ، اعتمد العلماء على العدسات الضخمة (أي المجرات بأكملها) أو العدسات الدقيقة التي تتكون من نجوم مفردة. ومع ذلك ، اعتمد الفريق بقيادة الدكتور فيدانثام والدكتور ريدهيد على ما وصفوه بـ 'عدسة ملي' من حوالي 10000 كتلة شمسية.
قد تكون هذه أول دراسة في التاريخ تعتمد على عدسة متوسطة الحجم ، ويعتقدون أنها على الأرجح حشد نجمي. تتمثل إحدى مزايا العدسة ذات الحجم الملي في أنها ليست كبيرة بما يكفي لحجب مصدر الضوء بالكامل ، مما يسهل اكتشاف الأشياء الصغيرة. مع هذا النظام الجديد لعدسات الجاذبية ، يقدر أن علماء الفلك سيكونون قادرين على رصد الكتل بمقاييس أصغر بحوالي 100 مرة من ذي قبل. كما أوضح ريدهيد:
'الكتل التي نراها قريبة جدًا من الثقب الأسود المركزي وهي صغيرة جدًا - لا يتجاوز عرضها بضعة أيام ضوئية. نعتقد أن هذه المكونات الدقيقة التي تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء يتم تكبيرها بواسطة عدسة الجاذبية في مقدمة المجرة الحلزونية. يوفر هذا دقة رائعة تبلغ جزء من المليون من الثانية للقوس ، وهو ما يعادل مشاهدة حبة ملح على القمر من الأرض '.
علاوة على ذلك ، يشير الباحثون إلى أن العدسة نفسها ذات أهمية علمية ، لسبب بسيط هو أنه لا يُعرف الكثير عن الكائنات في نطاق الكتلة هذا. لذلك يمكن أن يعمل هذا الحشد النجمي المحتمل كنوع من المختبر ، مما يمنح الباحثين فرصة لدراسة الجاذبية العدسة الملي مع توفير رؤية واضحة للنفاثات النووية المتدفقة من نوى المجرة النشطة.
صورة تلسكوب 40 مترًا لمرصد راديو أوينز فالي (OVRO) ، يقع بالقرب من بيشوب ، كاليفورنيا. الائتمان: أنتوني ريدهيد / معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
بالنظر إلى المستقبل ، يأمل الفريق في تأكيد نتائج دراساتهم باستخدام تقنية أخرى تُعرف باسم قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI). سيشمل ذلك تلسكوبات راديو من جميع أنحاء العالم تلتقط صورًا مفصلة لـ PKS 1413 + 135 و SMBH في مركزها. بالنظر إلى ما لاحظوه حتى الآن ، فمن المحتمل أن يقوم هذا SMBH ببث كتلة أخرى من المادة في غضون بضع سنوات (بحلول عام 2020).
يخطط فيدانثام وريدهيد وزملاؤهم للاستعداد لهذا الحدث. لن يؤدي اكتشاف هذا التكتل التالي إلى التحقق من صحة دراساتهم الحديثة فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى التحقق من صحة تقنية العدسة الملي التي استخدموها لإجراء ملاحظاتهم. كما أشار ريدهيد ، 'لا يمكننا إجراء دراسات مثل هذه بدون مرصد جامعي مثل مرصد راديو أوينز فالي ، حيث لدينا الوقت لتخصيص تلسكوب كبير حصريًا لبرنامج واحد.'
أصبحت الدراسات ممكنة بفضل التمويل المقدم من وكالة ناسا ، و مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) ، و مؤسسة سميثسونيان ، ال أكاديمية سينيكا ، ال أكاديمية فنلندا ، و ال المركز التشيلي للتميز في الفيزياء الفلكية والتقنيات ذات الصلة (كاتا).
قراءة متعمقة: معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا و مجلة الفيزياء الفلكية و مجلة الفيزياء الفلكية (2)
