اكتشف علماء الفلك من معهد ماكس بلانك لفيزياء خارج الأرض هيكلًا فريدًا يدور حول الثقب الأسود الهائل Sagittarius A*. تلقى التشكيل الجديد التسميات الرسمية لـ G2t. ويدور الجسم الغازي حول المنطقة الوسطى من مجرة درب التبانة، الواقعة على مسافة 27 ألف سنة ضوئية تقريبا من كوكب الأرض. تم الاكتشاف بناءً على البيانات التي تم جمعها بواسطة التلسكوب الكبير جدًا، وهو جهاز يديره المرصد الأوروبي الجنوبي في الأراضي التشيلية.
لقد وفر رسم خريطة لمسار G2t الأدلة اللازمة لحل نقاش طويل الأمد في المجتمع العلمي. تشير القياسات إلى أن السحابة الجديدة تشترك في معلمات مدارية مماثلة تقريبًا لتلك الموجودة في هياكل G1 وG2، والتي تمت ملاحظتها سابقًا في نفس القطاع. ويشير التشابه في الحركات إلى أن الأجرام السماوية الثلاثة لها أصل مشترك. إن الفرضية القائلة بأن هذه التشكيلات كانت تضم نجومًا مخفية بداخلها فقدت قوتها مع التحليل ثلاثي الأبعاد الجديد.
تحديد التركيب الغازي في مركز المجرة
ويتطلب التقاط صور تفصيلية لمركز درب التبانة تكنولوجيا متقدمة بسبب كثافة الغبار الكوني في المنطقة. ظهرت سحابة G2t في السجلات الحديثة التي تمت معالجتها بواسطة التحليل الطيفي عالي الدقة. ولاحظ الباحثون أن الجسم يتحرك بسرعة عالية جدًا. وينتج التسارع المستمر عن قوة الجاذبية الشديدة التي يمارسها الثقب الأسود الهائل.
تمثل البيئة المحيطة ببرج القوس A* ديناميكية معقدة ومضطربة. تعبر النجوم وعناقيد الغاز الفضاء في مسارات قريبة جدًا من بعضها البعض. أصبح التحديد المعزول لـ G2t قابلاً للتطبيق فقط من خلال فصل التوقيعات الضوئية المنبعثة من المواد المختلفة الموجودة في قرص التراكم. يتطلب العمل شهورًا من المعايرة. تم التقاط البيانات الأولية بواسطة هوائيات مثبتة في صحراء أتاكاما.
وقام الفريق المسؤول عن الدراسة بتحديد الموقع الدقيق للسحابة بالنسبة للأجسام المجاورة. أكدت معلومات التحقق المتقاطع أن G2t ليس شذوذًا عابرًا. يحافظ الهيكل على مسار مستقر. وينتقل الغاز بشكل متوقع داخل بئر الجاذبية في مركز المجرة.
التشابه المداري ينفي وجود النجوم المخفية
وقد أثارت التكوينات المعروفة باسم G1 وG2 اهتمام الخبراء منذ اكتشاف كل منها. كان الشك الرئيسي يتعلق بالطبيعة الدقيقة لهذه الأشياء. وزعم بعض علماء الفلك أن كل سحابة تحيط بنجم منخفض السطوع. إن وجود جسم نجمي من شأنه أن يفسر تماسك الغاز حتى تحت قوة المد والجزر للثقب الأسود.
موقع G2t غيّر السيناريو. تنتقل السحب الثلاث عبر الفضاء في مدارات تختلف فقط بزوايا دوران دقيقة للغاية. إن الاحتمال الإحصائي لثلاثة نجوم مستقلة تتبنى مثل هذه المسارات المتشابهة بشكل عشوائي هو صفر تقريبًا. تشير البيانات إلى تكوين مشترك من حدث تشتت مادة معينة.
ويعني غياب النوى النجمية أن السحب تتكون بالكامل من الغاز والغبار. هذه الخاصية تجعلهم عرضة لعملية السباغيتي. تعمل قوة الجاذبية لـ Sagittarius A* على تمدد المواد عندما تقترب الأجسام من الحضيض. تتيح لنا المراقبة المستمرة لهذه الهياكل مراقبة ميكانيكا الموائع في ظل الظروف القاسية.
يعمل النظام الثنائي IRS16SW كمواد مصدر
والتأكد من أن G1 وG2 وG2t يشتركون في نفس المصدر يتطلب البحث عن جسم باعث قريب. وأشار العلماء إلى النظام النجمي IRS16SW باعتباره المرشح الأكثر احتمالا. إنه زوج من النجوم الضخمة التي تدور أيضًا حول الثقب الأسود المركزي. ويولد التفاعل بين النجمين رياحا نجمية قوية وعدم استقرار في طبقاتهما الخارجية.
تعمل حركة النظام الثنائي على نشر المواد في الفضاء المحيط بطريقة دورية. حدد الباحثون العوامل الحاسمة التي تربط IRS16SW بالسحب المعينة حديثًا:
- يعبر مسار النظام الثنائي نفس المنطقة المكانية التي تشغلها السحب الغازية.
- وتتزامن سرعة قذف المادة مع التسارع الأولي اللازم لتكوين المدارات المرصودة.
- يتوافق حجم الغاز الصادر عن النجوم الضخمة مع الكتلة الإجمالية المحسوبة لـ G1 وG2 وG2t.
- تتوافق الاختلافات الصغيرة في الزوايا المدارية مع إزاحة نظام البث بمرور الوقت.
يحدث إطلاق المادة في نبضات أو نفاثات مستهدفة. يخلق كل انبعاث كبير فقاعة جديدة من الغاز تتبع مسارها الخاص نحو الثقب الأسود. تمثل سحابة G2t أحد هذه الأجزاء. تم إخراج المادة في وقت مختلف قليلاً عن نظيراتها الأقدم.
تتيح تقنية أدوات ERIS رسم خرائط ثلاثية الأبعاد
التقدم في مراقبة مركز المجرة يعتمد بشكل مباشر على تحديث المعدات على الأرض. تعمل أداة ERIS مقترنة بالمرايا الرئيسية للتلسكوب الكبير جدًا. يجمع الجهاز بين نظام بصريات تكيفي متطور ومطياف عالي الحساسية. تعمل البصريات التكيفية على تصحيح التشوهات التي يسببها الغلاف الجوي للأرض في الوقت الفعلي.
لقد أدت القدرة على التقاط أطياف الضوء الفردية إلى تغيير تحليل المنطقة. يقيس ERIS الانزياح الأحمر والتحول الأزرق للضوء المنبعث من الغاز. تكشف هذه التقنية عن السرعة الدقيقة التي تتحرك بها المادة بعيدًا عن عدسة التلسكوب أو باتجاهها. وينتج عن الجمع بين هذه القياسات والصور ثنائية الأبعاد نموذجًا دقيقًا ثلاثي الأبعاد للحركة المدارية.
تُعلم البيانات الطيفية أيضًا التركيب الكيميائي للسحب. وأكد التحليل وجود الهيدروجين والهيليوم بالنسب المتوقعة للمواد التي تقذفها النجوم الضخمة. إن مستوى التفاصيل الذي حققه ERIS يضع معيارًا جديدًا للبحث الفلكي. يمكن للمعدات عزل الإشارات الضعيفة وسط السطوع الشديد للعنقود النجمي المركزي.
ديناميات الجاذبية القصوى في درب التبانة
يركز الثقب الأسود Sagittarius A* كتلة تعادل أربعة ملايين مرة كتلة الشمس في مساحة صغيرة نسبيًا. تهيمن القوة الجاذبة على الحركية المحلية. تصل النجوم إلى أجزاء كبيرة من سرعة الضوء عندما تمر بأقرب نقطة إلى أفق الحدث. ينتهي الغاز الذي يتم طرده بواسطة أنظمة مثل IRS16SW بتزويد قرص التراكم بالوقود.
تعمل السحب G1 وG2 وG2t بمثابة مجسات طبيعية لدراسة الجاذبية. سلوك المواد الغازية يختبر حدود الفيزياء الحديثة. الاحتكاك بين جزيئات الغاز يولد الحرارة. تنبعث من هذه الطاقة إشعاعات يمكن اكتشافها بواسطة التلسكوبات الراديوية ومراصد الأشعة تحت الحمراء. يساعد فهم دورة التغذية هذه في تفسير فترات النشاط الضوئي الأعظم للثقب الأسود.
يظل رسم خريطة كاملة لمركز درب التبانة أحد أكبر التحديات في الفيزياء الفلكية المعاصرة. يضيف اكتشاف G2t قطعة أساسية إلى لغز تطور المجرة. ويخطط علماء الفلك لاستخدام نفس تقنيات المراقبة للبحث عن هياكل غازية أصغر حجما في نفس المنطقة. وستكشف المراقبة طويلة المدى عن المصير النهائي لهذه السحب حيث تستهلكها الجاذبية.