يوجد في قلب معظم المجرات الضخمة في كوننا الثقوب السوداء الهائلة (SMBH) بترتيب من ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس. نظرًا لأن هذه العملاقة تستهلك الغاز والغبار الذي يتغذى ببطء في أكوامها ، فإنها تطلق كميات هائلة من الطاقة. هذا يؤدي إلى ما يعرف باسم نواة المجرة النشطة (AGN) - ويعرف أيضًا باسم. الكوازار - الذي يمكنه أحيانًا إرسال نفاثات من المواد فائقة السرعة للسنوات الضوئية.
منذ اكتشافها لأول مرة ، اشتبه علماء الفيزياء الفلكية في أن SMBHs تلعب دورًا مهمًا في تكوين وتطور المجرات. ومع ذلك ، نتيجة لذلك ، كان هناك أيضًا قدر كبير من الأبحاث المكرسة لكيفية تشكل هذه الأجسام الضخمة وتطور نفسها. في الآونة الأخيرة ، أجرى فريق من علماء الفيزياء الفلكية محاكاة عالية الطاقة أظهرت بالضبط كيف تغذية SMBHs وقرر أن أذرع المجرة تلعب دورًا حيويًا.
نُشرت الدراسة التي تصف بحثهم في 17 أغسطسذ، في مجلة الفيزياء الفلكية . قاد الفريق دانيال أنجليس ألكازار ، الأستاذ المساعد للفيزياء وعلم الفلك في جامعة كونيتيكت وزميل سابق في مركز الاستكشاف والبحث متعدد التخصصات في الفيزياء الفلكية (سييرا). انضم إليه كلود أندريه فوشر جيجير ، أستاذ مشارك في جامعة نورث وسترن وعضو CIERA.
Faucher-Giguère هو أيضًا زعيم Northwestern مجموعة تشكيل مجرة Faucher-Giguère ، حيث كان Malcázar عضوًا وحيث بدأ العمل على المحاكاة. ومن بين الأعضاء الآخرين علماء الفلك والفيزياء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ، و معهد الدراسات المتقدمة ، ال مركز الفيزياء الفلكية الحاسوبية التابع لمعهد فلاتيرون ، وجامعات متعددة.
بالإضافة إلى كونها ضخمة وقوية بشكل لا يصدق ، تشتهر SMBH أيضًا بشهية قوية ويمكن أن تستهلك 10 كتل شمسية من المواد في عام واحد فقط. ولكن في حين أن البعض يتمتع بإمدادات مستمرة من الغاز ، فإن البعض الآخر سيظل خامدًا لملايين السنين ، ثم يستيقظ مرة أخرى بسبب التدفق المفاجئ للغاز. حتى الآن ، ظلت تفاصيل كيفية تدفق الغاز عبر الكون لإطعام الثنائيات الصغيرة والمتوسطة الحجم لغزًا طويل الأمد.
لمعالجة هذا الأمر ، ابتكر Anglés-Alcázar وزملاؤه الباحثون أول محاكاة قوية بما يكفي لمحاكاة جميع العمليات الفيزيائية المعنية. وشمل ذلك ثابت هابل-لاميتر (معدل تمدد الكون) ، والبيئة واسعة النطاق للكون ، وديناميكا الغاز ، وردود الفعل من النجوم الضخمة ، والجاذبية ، وكل ذلك في نموذج واحد. مثل Anglés-Alcázar شرح :
تضخ الأحداث القوية مثل المستعرات الأعظمية الكثير من الطاقة في الوسط المحيط ، وهذا يؤثر على كيفية تطور المجرة. لذلك نحن بحاجة إلى دمج كل هذه التفاصيل والعمليات المادية لالتقاط صورة دقيقة. يمكن أن تخبرك النماذج الأخرى بالكثير من التفاصيل حول ما يحدث بالقرب من الثقب الأسود ، لكنها لا تحتوي على معلومات حول ما تفعله بقية المجرة أو حتى أقل عما تفعله البيئة المحيطة بالمجرة. اتضح أنه من المهم جدًا ربط كل هذه العمليات في نفس الوقت '.
تعتمد محاكاة الفريق على العمل السابق لـ ' ردود الفعل في بيئات واقعية '(FIRE) ، الذي يُنشئ عمليات محاكاة مصممة لتحسين القدرة التنبؤية لتشكيل المجرات. من الأسئلة الملحة التي يسعى المشروع لمعالجتها هي خصائص التدفقات الداخلة والخارجة وآليات التغذية الراجعة ، وكلاهما كان ذا أهمية كبيرة لهذه الدراسة. كما أوضح Faucher-Giguère في حديث حديث لـ Northwestern Now خبر صحفى :
'يتم تشغيل الضوء الذي نلاحظه من الكوازارات البعيدة حيث يسقط الغاز في الثقوب السوداء الهائلة ويتم تسخينه في هذه العملية. تُظهر عمليات المحاكاة التي أجريناها أن هياكل المجرات ، مثل الأذرع الحلزونية ، تستخدم قوى الجاذبية لـ 'الضغط على المكابح' للغاز الذي يدور حول مراكز المجرات إلى الأبد. تمكّن آلية الانكسار هذه الغاز من السقوط بدلاً من ذلك في الثقوب السوداء ، وتكون مكابح الجاذبية ، أو عزم الدوران ، قوية بما يكفي لتفسير الكوازارات التي نلاحظها '.
قدمت المحاكاة الجديدة دقة نموذجية متزايدة بشكل كبير وسمحت لفريق البحث بمحاكاة تدفقات الغاز عبر مجرة درب التبانة بدقة تزيد عن 1000 مرة. في حين أن عمليات المحاكاة السابقة كانت قادرة على نمذجة نمو الثقوب السوداء ، فإن هذا هو أول واحد قوي بما يكفي لحساب شامل للقوى والعوامل العديدة التي تشكل جزءًا من تطور الثقوب السوداء الصغيرة. مثل Faucher-Giguère شرح :
'إن وجود الثقوب السوداء فائقة الكتلة أمر مذهل للغاية ، ومع ذلك لا يوجد إجماع حول كيفية تشكلها. السبب في صعوبة تفسير الثقوب السوداء الهائلة هو أن تكوينها يتطلب حشر كمية هائلة من المادة في مساحة صغيرة. كيف يتمكن الكون من القيام بذلك؟ حتى الآن ، طور المنظرون تفسيرات تعتمد على تجميع أفكار مختلفة معًا لكيفية حشر المادة في المجرات في أعمق جزء من مليون من حجم المجرة '.
باستخدام هذه المحاكاة الجديدة ، يمكن للباحثين أخيرًا وضع نموذج لكيفية حدوث ذلك. على سبيل المثال ، يمكن للباحثين اكتساب رؤية جديدة حول أصل SMBH في مركز درب التبانة (ويعرف أيضًا باسم. القوس أ * ) وواحد في وسط برج العذراء خارق مجرة (ميسييه 87) - والتي أصبحت أول ثقب أسود على الإطلاق ليتم تصويرها بواسطة تلسكوب أفق الحدث (EHT) في عام 2019.
بالإضافة إلى ذلك ، توفر هذه المحاكاة نظرة ثاقبة نادرة للطبيعة الغامضة للكوازارات ، والتي تكون مضيئة لدرجة أنها تتفوق على مجرات بأكملها. توجد ثقوب سوداء فائقة الكتلة تنمو بسرعة في قلبها وتدعم لمعانها الشهير ، ولا تزال أصولها غير مفهومة جيدًا. بالنظر إلى المستقبل ، يأمل فريق البحث في دراسة مجموعات إحصائية كبيرة للمجرات ومجموعات SMBHs الخاصة بها لمعرفة المزيد حول كيفية تشكلها وتنموها في ظل ظروف مختلفة.
قراءة متعمقة: شمال غرب الآن و مجلة الفيزياء الفلكية
