هل يمكن أن تكون الثقوب السوداء مشهورة؟ إذا استطاعوا ، فعندئذٍ سيكون الشخص الموجود في قلب مجرة M87 مؤهلًا. وهذا الثقب الأسود الشهير ينبعث منه نفاثات من المواد التي تسافر بسرعة تقترب من سرعة الضوء.
يحمل الثقب الأسود الموجود في قلب مجرة Messier 87 اسم M87 * ، وقد ظل علماء الفلك يراقبونه لفترة طويلة. في العام الماضي ، التقط Event Horizon Telescope صورة M87 * ، وهي أول صورة على الإطلاق لثقب أسود. تمت إضافة تلك الصورة إلى شهرة M87 * فقط.
التلسكوب Event Horizon Telescope (EHT) - وهو مصفوفة على مستوى الكوكب من ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية تم تشكيلها من خلال التعاون الدولي - أول دليل مرئي مباشر للثقب الأسود الهائل في وسط Messier 87 وظله في أبريل 2019. Credit : Event Horizon Telescope Collaboration
يُعرف M87 أيضًا باسم Virgo A أو NGC 4486. إنه أ مجرة إهليلجية عملاقة في كوكبة العذراء ، على بعد حوالي 53 مليون سنة ضوئية منا. يمتد M87 على حوالي 240.000 سنة ضوئية ، أي أكثر بقليل من مجرة درب التبانة. إنه محاط بـ 12000 عنقود نجمي كروي مذهل ، مقارنة بـ 200 مجموعة تافهة لمجرة درب التبانة. مثل غيره من المجرات الإهليلجية ، يعتقد العلماء أن M87 نما بشكل هائل جدًا من خلال عمليات الدمج.
M87 * (نجم M87) عبارة عن ثقب أسود فائق الكتلة (SMBH) في وسط M87 مع واحدة من أعلى كتل من أي SMBH. إنها أكبر بحوالي 6.5 مليار مرة من كتلة الشمس. يقع M87 * على بعد 55 مليون سنة ضوئية وينبعث منه نفاث نسبي من المادة يمتد إلى حوالي 5000 سنة ضوئية في الفضاء. منذ سنوات ، التقط هابل صورة مركبة معروفة للطائرة في كل من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء.
صورة التقطها تلسكوب هابل الفضائي لطائرة نفاثة طولها 5000 سنة ضوئية انطلقت من المجرة النشطة M87. يتناقض إشعاع السنكروترون الأزرق مع ضوء النجوم الأصفر من المجرة المضيفة. النقاط المنتشرة حول الصورة ليست نجومًا فردية ، لكنها مجموعات نجمية كروية. الائتمان: ناسا / فريق هابل التراثي (STScI / AURA)
ظل علماء الفلك يشاهدون نفاثة المواد M87 * لسنوات بأطوال موجية مختلفة: الراديو والبصرية والأشعة السينية. الآن ، ولأول مرة ، تُظهر ملاحظات Chandra X-ray أن أقسامًا من هذا التدفق تتحرك بسرعة تزيد عن 99٪ من سرعة الضوء.
صورة أقدم عام 1988 لـ M87 في الراديو والبصرية. تم التقاط صور الراديو باستخدام التلسكوب الراديوي ذو المصفوفة الكبيرة جدًا ومصفوفة خط الأساس الطويل جدًا ، والمرئي من هابل. بواسطة ناسا ، المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي / المؤسسة الوطنية للعلوم ، جون بيريتا (STScI / JHU) ، والجامعات المتعاونة ، Inc. - http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1999/43/ ، المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=706570
قال رالف كرافت من مركز الفيزياء الفلكية: 'هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تسجيل مثل هذه السرعات القصوى لنفث ثقب أسود باستخدام بيانات الأشعة السينية' | هارفارد وسميثسونيان (CfA) في كامبريدج ، ماساتشوستس ، في أ خبر صحفى . 'كنا بحاجة إلى رؤية الأشعة السينية الحادة لشاندرا لإجراء هذه القياسات.' قدمت كرافت مؤخرًا هذه النتائج الجديدة في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية في هونولولو ، هاواي. تم نشر النتائج أيضًا في ورقة بحثية بعنوان ' الكشف عن الحركة الفائقة اللمعان في الأشعة السينية النفاثة للطائرة M87 'في مجلة الفيزياء الفلكية.
ما الذي يسبب الطائرات؟
يسحب ثقب أسود مثل M87 * المواد نحوه في مركز المجرة. مع اقتراب المادة ، تبدأ في الدوران حول الثقب الأسود في هيكل يسمى قرص التراكم . لكن هذه المادة ليس محكوما عليها أن تمتص في الحفرة.
تسقط كمية صغيرة منه فقط ، بينما يتم إخراج جزء منه مرة أخرى في الفضاء. تأخذ المادة المقذوفة شكل نفاثة أو شعاع يتبع خطوط المجال المغناطيسي. هذه النفاثات ليست سلسة وخالية من الملامح: فهي تتميز بالتكتلات أو العقد التي يمكن لمراصد مثل Chandra رؤيتها.
تصور الفنان لنفاثات الثقب الأسود فائقة الكتلة. الائتمان: ناسا / دانا بيري / SkyWorks Digital
اثنان من هذه العقد لهما أهمية خاصة لعلماء الفلك. لقد استخدموا الصور على مر السنين لتتبع حركة تلك العقد. تبعد حوالي 900 و 2500 سنة ضوئية عن SMBH ، على التوالي. تُظهر بيانات الأشعة السينية من مرصد تشاندرا أن العقد تسير بسرعات لا تصدق: 6.3 أضعاف سرعة الضوء للعقدة الأقرب إلى المركز ، و 2.4 ضعف سرعة الضوء للعقدة الأخرى.
انتظر. لا شيء يسافر أسرع من سرعة الضوء
لكن هذا مستحيل. لا شيء ينتقل أسرع من سرعة الضوء. هذا ، بالطبع ، صحيح ، لذلك يجب أن يكون هناك شيء آخر يحدث هنا.
هذا الشيء الآخر يسمى ' حركة فائقة اللمعان . '
قال المؤلف المشارك في الدراسة براد سنيوس ، من CfA أيضًا: 'أحد قوانين الفيزياء غير القابلة للكسر هو أنه لا شيء يمكن أن يتحرك أسرع من سرعة الضوء'. 'لم نكسر الفيزياء ، لكننا وجدنا مثالاً لظاهرة مذهلة تسمى الحركة فائقة اللمعان.'
تتضمن الحركة فائقة اللمعان سرعة الجسم ومساره بالنسبة إلى خط بصرنا. عندما يتحرك جسم ، في هذه الحالة تدفق المادة ، بسرعة قريبة من سرعة الضوء وقريبًا من خط بصرنا ، فإنه يخلق وهمًا يسمى الحركة فائقة اللمعان. وذلك لأن نفاث المادة نفسها ينتقل بسرعة الضوء الذي تولده تقريبًا. نظرًا لأن طائرة M87 * تتجه نحونا تقريبًا ، فإنها تولد هذه السرعات المستحيلة الظاهرة.
تحدث الحركة فائقة اللمعان عندما يتحرك شيء ما باتجاه خط بصرنا بسرعة تقترب من سرعة الضوء. حقوق الصورة: المجال العام ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟curid=2295546
رأى علماء الفلك هذه النفاثات تتحرك بهذه السرعات من قبل ، ولكن لم يرها أبدًا في ضوء الأشعة السينية. هذا يعني أنهم لم يكونوا متأكدين أبدًا من أن كتل المواد نفسها تتحرك بسرعة 99٪ من سرعة الضوء. يمكن أن تكون موجات صدمة وليس كتل.
تتحرك الطائرة من طراز M87 * في نمط حلزوني حول مجال مغناطيسي ، وقد ساعد ذلك في توضيح سرعة النفاثات. في ملاحظات الأشعة السينية ، رأى الفريق الذي يقف وراء الدراسة أن الميزة ذات أعلى سرعة ملحوظة - 6.3 أضعاف سرعة الضوء - تلاشت بأكثر من 70٪ بين عامي 2012 و 2017. حدث التلاشي فقط في الأشعة السينية ، وليس في الصورة الضوئية والأشعة فوق البنفسجية ، ومن المحتمل أن يكون سببها فقدان الجسيمات للطاقة بمرور الوقت أثناء دورانها حول المجال المغناطيسي. هذه الظاهرة تسمى التبريد السنكروتروني. ما يعنيه ذلك هو أن علماء الفلك كانوا يرون أشعة سينية من نفس الجسيمات في أوقات مختلفة ، مما يعني أن ما يرصدونه لا يمكن أن يكون موجة ، ويجب أن تكون الجسيمات الموجودة في الطائرة نفسها.
قال سنيوس: 'يقدم عملنا أقوى دليل حتى الآن على أن الجسيمات في طائرة M87 * تسافر فعليًا بالقرب من الحد الأقصى للسرعة الكونية'.
شاندرا و EHT و M87 *
تكمل بيانات Chandra و Event Horizon Telescope بعضهما البعض بشكل جيد عندما يتعلق الأمر بدراسة M87 *. عندما صورت EHT حلقة أفق الحدث حول الثقب الأسود ، كانت لقطة لمدة ستة أيام. لكن دراسة شاندرا للطائرة تبحث في المواد التي تم إخراجها من M87 * قبل مئات وحتى آلاف السنين.
كما أن صورة EHT أصغر بنحو 100 مليون مرة من الطائرة النفاثة التي صورتها شاندرا.
قال بول نولسن من CfA ، وهو مؤلف مشارك آخر في الدراسة ، 'إنه مثل Event Horizon Telescope الذي يعطي نظرة عن قرب لقاذفة الصواريخ ، وتعرض لنا Chandra الصواريخ أثناء الطيران.'