يعد فحص معدل الدوران في ثقب أسود فائق الكتلة طريقة رائعة لعلماء الفلك لاختبار نظرية أينشتاين في ظل ظروف قاسية - وإلقاء نظرة فاحصة على كيفية تشويه الجاذبية الشديدة لنسيج الزمكان. الآن ، تخيل وحشًا ... وحشًا تبلغ كتلته حوالي 2 مليون مرة كتلة شمسنا ، ويبلغ قطره 2 مليون ميل ويدور بسرعة كبيرة لدرجة أنه يكسر سرعة الضوء تقريبًا.
الخيال؟ ليس بالكاد. إنه ثقب أسود هائل يقع في مركز المجرة الحلزونية NGC 1365 - وهو على وشك أن يعلمنا الكثير عن كيفية نضج الثقوب السوداء والمجرات.
ما الذي يجعل الباحثين واثقين جدًا من أنهم قد أجروا أخيرًا حسابات نهائية لمعدل الدوران المذهل في مجرة بعيدة؟ بفضل البيانات التي تم الحصول عليها بواسطة مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي ، أو نوستار ، والأقمار الصناعية للأشعة السينية XMM نيوتن التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، أطل فريق العلماء في قلب NGC 1365 بأعين الأشعة السينية - مع ملاحظة الموقع من أفق الحدث - حافة الحفرة الدوارة حيث يبدأ الفضاء المحيط بالسحب إلى فم الوحش.
قالت المؤلفة المشاركة في دراسة جديدة ، الباحث الرئيسي في NuSTAR فيونا هاريسون من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا: 'يمكننا تتبع المادة لأنها تدور في ثقب أسود باستخدام الأشعة السينية المنبعثة من مناطق قريبة جدًا من الثقب الأسود'. 'الإشعاع الذي نراه مشوه ومشوه بحركات الجسيمات وجاذبية الثقب الأسود القوية بشكل لا يصدق.'
ومع ذلك ، لم تتوقف الدراسات عند هذا الحد ، بل تقدمت إلى الحافة الداخلية لتشمل موقع قرص التنامي. هذا هو 'المدار الدائري الأكثر استقرارًا' - نقطة اللاعودة التي يضرب بها المثل. ترتبط هذه المنطقة ارتباطًا مباشرًا بمعدل دوران الثقب الأسود. نظرًا لتشوه الزمكان في هذه المنطقة ، يمكن أن يقترب بعضها من ISCO قبل أن يتم سحبه. ما يجعل البيانات الحالية مقنعة للغاية هو أن ترى أعمق في الثقب الأسود من خلال نطاق أوسع من الأشعة السينية ، مما يسمح لعلماء الفلك لرؤية ما وراء سحب الغبار المحجوبة التي أربكت القراءات الماضية فقط. تُظهر لنا هذه النتائج الجديدة أنه ليس الغبار هو الذي يشوه الأشعة السينية - بل الجاذبية الساحقة.
يقيس العلماء معدلات دوران الثقوب السوداء الهائلة عن طريق نشر ضوء الأشعة السينية إلى ألوان مختلفة. رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech
قال المؤلف الرئيسي Guido Risaliti من مركز Harvard-Smithsonian للفيزياء الفلكية (CfA) و INAF - Arcetri Observatory: 'هذه هي المرة الأولى التي يقيس فيها أي شخص بدقة دوران ثقب أسود فائق الكتلة'.
قال نوربرت شارتل ، عالم مشروع XMM-Newton في المركز الأوروبي لعلم الفلك الفضائي في مدريد: 'لو كان بإمكاني إضافة أداة واحدة إلى XMM-Newton ، لكان من الممكن أن يكون تلسكوبًا مثل NuSTAR'. 'قدمت الأشعة السينية عالية الطاقة قطعة أحجية مفقودة أساسية لحل هذه المشكلة.'
على الرغم من أن الثقب الأسود المركزي في NGC 1365 أصبح وحشًا الآن ، إلا أنه لم يبدأ كوحدة واحدة. مثل كل الأشياء ، بما في ذلك المجرة نفسها ، تطورت مع مرور الوقت. على مدى ملايين السنين ، اكتسب حجمًا حيث استهلك النجوم والغاز - وربما حتى اندماجها مع الثقوب السوداء الأخرى على طول الطريق.
وأوضح ريساليتي أن 'دوران الثقب الأسود هو ذاكرة ، وسجل ، للتاريخ الماضي للمجرة ككل'.
'هذه الوحوش ، ذات كتل من ملايين إلى بلايين المرات من الشمس ، تتشكل كبذور صغيرة في بدايات الكون وتنمو بابتلاع النجوم والغازات في المجرات المضيفة ، وتندمج مع الثقوب السوداء العملاقة الأخرى عندما تصطدم المجرات ، أو كلاهما قال المؤلف الرئيسي للدراسة ، Guido Risaliti من مركز Harvard-Smithsonian للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، والمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية.
أظهر لنا هذا الدوران الجديد في الثقوب السوداء أن الوحش يمكن أن ينبثق من 'التراكم المنظم' - وليس مجرد أحداث عشوائية متعددة. سيواصل الفريق دراستهم لمعرفة كيف تتغير عوامل أخرى غير دوران الثقب الأسود بمرور الوقت ويستمرون في مراقبة العديد من الثقوب السوداء الهائلة الأخرى باستخدام NuSTAR و XMM-Newton.
قال لو كالوزينسكي ، عالم برنامج NuSTAR في مقر ناسا في واشنطن العاصمة ، 'هذا مهم للغاية في مجال علوم الثقب الأسود'. عالجت تلسكوبات ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية هذه المشكلة معًا. بالتوازي مع ملاحظات الأشعة السينية منخفضة الطاقة التي تم إجراؤها باستخدام XMM-Newton ، قدمت قدرات NuSTAR غير المسبوقة لقياس طاقة الأشعة السينية الأعلى قطعة لغز أساسية مفقودة لحل هذه المشكلة '.
مصدر القصة الأصلي: بيان صحفي لناسا / مختبر الدفع النفاث .
