كشف باحثون في علم الفلك عن أدلة طال انتظارها على أن الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرة درب التبانة Sagittarius A*، يصدر تيارًا من المواد، مما يسلط الضوء على تفاصيل غير مسبوقة حول تفاعله مع الكون.
وبعد تحقيق دام عقودًا من الزمن، تم التعرف على دليل على وجود تدفق سري ومستمر للمادة القادمة من قلب مجرتنا.
كانت هناك قطعة مفقودة في فهمنا للثقب الأسود المركزي في مجرة درب التبانة. لأكثر من خمسين عامًا، ظل العلماء يبحثون عن رياح مميزة، وفقًا للتوقعات النظرية، ينبغي أن تنبثق من برج القوس A* (Sgr A*)، وهو التفرد العملاق المختبئ في قلب مجرتنا. ومع ذلك، حتى مع التحسينات في المعدات والتحليلات التي لا تعد ولا تحصى، ظلت هذه الحركة المتوقعة بعيدة المنال.
وفي الوقت الحالي، أعلن خبراء من جامعة نورث وسترن اكتشاف هذه الظاهرة، مما يوفر منظورًا غير مسبوق حول عمل المركز الغامض لمجرتنا.
كشف سر تدفق برج القوس A* بعد خمسة عقود
من خلال الحصول على التمثيل البصري الأكثر تفصيلاً الذي تم تسجيله على الإطلاق للمنطقة المحيطة بالقوس A*، تمكن فريق البحث من حل واحدة من أكثر معضلات علم الفلك إلحاحًا. تعمل النتائج أيضًا على إثراء المعرفة حول الديناميكيات الفيزيائية العاملة في مركز المجرة.
ونشرت نتائج التحقيق في المجلة العلمية الشهيرة The Astrophysical Journal Letters.
وأوضح مارك غورسكي، من جامعة نورث وسترن والقائد المشارك للدراسة، أن “الثقب الأسود يحتاج إلى إصدار نوع من التدفق، إلا إذا كان في فراغ مطلق، وهو أمر غير موجود في الكون”. وأضاف أنه “بفضل الملاحظات الجديدة، حققنا لأول مرة ما يكفي من الوضوح لتحديد الأدلة على هذا التدفق. ومن خلال تحليل البيانات، أكدنا: “هذا هو ما كان يبحث عنه الجميع منذ 50 عاما، موجود هنا”.
وأوضحت إيلينا مورتشيكوفا، التي قادت البحث أيضًا إلى جانب جورسكي: “لقد تمكنا، في البداية، من إثبات أن الغاز الجزيئي القريب للغاية من الثقب الأسود يزوده”. وشددت أيضًا على أن “التدفق ليس له كثافة كبيرة واتجاهه يميل إلى التغيير بمرور الوقت. وتشير هذه الحقيقة إلى أن القوس A* ليس ظاهرة فردية وأن موقع الأرض في الكون لا يتميز أيضًا بالحصرية”.
تأثير تدفقات الثقب الأسود على تكوين المجرات
يعمل مارك جورسكي كأستاذ مساعد باحث في مركز الاستكشاف والأبحاث متعددة التخصصات في الفيزياء الفلكية (CIERA) في جامعة نورث وسترن، حيث يركز دراساته على تطور المجرة. إيلينا مورتشيكوفا، بدورها، هي خبيرة في الفيزياء الفلكية للثقوب السوداء، حيث تقوم بتدريس الفيزياء وعلم الفلك في كلية واينبرغ للفنون والعلوم التابعة للمؤسسة نفسها، وهي أيضًا عضو في CIERA.
على الرغم من شهرتها في جذب كل شيء من حولها، تتمتع الثقوب السوداء أيضًا بالقدرة على قذف المادة. لعدة سنوات، كان المجتمع العلمي يتوقع أن الثقوب السوداء النشطة ستطلق تيارات عالية الطاقة. وعندما ينجذب الغاز بشكل حلزوني نحو الداخل، فإنه يصل إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء. ويولد هذا التسارع ما يكفي من الطاقة والضغط لإخراج بعض هذه المواد مرة أخرى إلى الفضاء، إما على شكل رياح أو نفاثات قوية.
على الرغم من وجود سجلات لأحداث ثوران سابقة من القوس A*، إلا أن الدليل على التدفق المتواصل كان بعيد المنال. ويشير فريق نورثويسترن إلى أن هذه الصعوبة ترجع إلى الحالة الحالية للثقب الأسود، الذي يمر بفترة هدوء نسبي، وبالتالي يصعب اكتشافه.
وأوضحت مورشيكوفا أنه “لدراسة الثقب الأسود الخاص بنا، نحتاج إلى اجتياز مستوى المجرة”. وأوضحت بالتفصيل: “يتضمن ذلك المراقبة من خلال طبقة كثيفة من الغاز والغبار والهياكل المتأينة، مما يجعل التصور تحديًا كبيرًا”.
يقدم تلسكوب ALMA أوضح مراقبة لنواة المجرة
باختصار، سمحت التحسينات في منهجيات المراقبة للباحثين بدراسة المنطقة بمستوى غير مسبوق من الدقة. استنادًا إلى خمس سنوات من الملاحظات المتعمقة التي أجراها مصفوفة أتاكاما المليمترية / تحت المليمترية الكبيرة (ALMA) في تشيلي، تمكنت جورسكي ومورشيكوفا من توليد التمثيل الأكثر تفصيلاً حتى الآن للغاز الجزيئي البارد المحيط ببرج القوس A*.
تظهر الصورة الجديدة المسجلة للغاز فرسخًا فلكيًا واحدًا فقط، أي ما يعادل حوالي ثلاث سنوات ضوئية، من الثقب الأسود. وبعد استخدام طريقة معايرة لإلغاء الانبعاثات الراديوية المكثفة للجسم، طور الفريق خريطة أعمق بمئة مرة وأكثر وضوحًا بثمانين مرة مقارنة بالرسومات السابقة. أدى هذا المنظور المحسن إلى تسليط الضوء على التشكيلات غير المرئية من قبل.
جذب الجانب المكتشف حديثًا انتباه الفريق على الفور. حدد العلماء تجويفًا مخروطيًا واسع النطاق، يبلغ طوله حوالي فرسخ فلكي (حوالي ثلاث سنوات ضوئية) ويفتح بزاوية 45 درجة، وكان خاليًا من الغاز الجزيئي البارد. كان الاستنتاج الأكثر منطقية هو وجود تدفق ساخن ينبعث من القوس A*. وعندما يمر هذا التدفق عبر المنطقة، فإنه يزيح الغاز البارد أو يسخنه إلى مستوى يجعل من المستحيل اكتشافه.
وأوضح غورسكي: “عندما يقذف الثقب الأسود مادة ساخنة، فإنها لا تختلط مع المادة الباردة. بل تدفعها بعيدا أو ترفعها إلى درجة حرارة تجعلها غير مرئية. وإذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدا، فإن الغاز البارد ببساطة يختفي من الرصد”.
التجويف المخروطي العملاق يؤكد نشاط الثقب الأسود المركزي
وعلى الرغم من أن النجوم تنتج أيضًا رياحًا خاصة بها، فقد وجد فريق البحث أن هذه التيارات النجمية المعزولة لن تكون قادرة على تشكيل مثل هذه المنطقة الشاسعة الخالية من العوائق. ولن يكون حتى مجموع الطاقة الصادرة عن النجوم المجاورة كافياً لتحقيق هذا التأثير.
ووصف غورسكي المنطقة بأنها “غياب كبير للمادة”. وأضاف: “لقد قمنا بتقدير كمية الطاقة اللازمة لتكوين هذا التجويف، والقيمة تتجاوز القدرة الإمدادية للنجوم في المنطقة. لذلك، لا بد من وجود مساهمة من الثقب الأسود الهائل. علاوة على ذلك، فإن الشكل المخروطي للتجويف يشير مباشرة نحو الثقب الأسود”.
قبل نشر النتائج التي توصلوا إليها، بحث العلماء عن التحقق الإضافي. وقارنوا نتائجهم مع السجلات السابقة من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، والذي حدد انبعاثات الأشعة السينية المكثفة في نفس الموقع. أظهرت بيانات تشاندرا تطابقًا تامًا مع التجويف الخالي من الغاز المكتشف في تحليلات ALMA.
وذكر جورسكي أن “الادعاءات الاستثنائية تتطلب أدلة رائعة بنفس القدر”. وتابع: “كان هدفنا هو التأكد من أننا لم نواجه خطأ بسيط في الصورة. ولذلك، فإن تمثيل شاندرا للأشعة السينية يكمل تحليلنا بشكل لا تشوبه شائبة، مما يؤكد ارتباط السمات الجزيئية”.
تدعم ملاحظات شاندرا للأشعة السينية الاكتشاف الجديد
وكشفت مورشيكوفا أنه “عندما نواجه شيئًا جديدًا، فإن رد الفعل الأول هو عدم التفكير في “كم هو مذهل، لقد حققنا اكتشافًا””. على العكس من ذلك، وصفت الفكرة الأولية بأنها “يا إلهي، ما الخطأ في منهجيتي؟”. لكنها خلصت إلى أنه «عندما تم تركيب صورتنا على الأشعة السينية، أصبح الفهم واضحًا لجميع العناصر».
وبالنظر إلى نطاق تأثير التدفق على تيار قريب من الغاز المتأين، يحسب الفريق أن هذا الانبعاث كان نشطًا لمدة 20 ألف عام على الأقل. وتشير النتائج أيضًا إلى أن القوس A* هادئ نسبيًا مقارنة بعدد كبير من الثقوب السوداء الهائلة الأخرى الموجودة في المجرات المختلفة.
وأكدت مورشيكوفا أن معظم الثقوب السوداء في المجرات الأخرى تظل في حالة نشاط منخفض طوال معظم فترة وجودها، “لكننا غالبًا ما نكون قادرين على دراستها فقط عندما تكون في ذروة طاقتها”. وأضافت: “من المهم للغاية دراسة الثقوب السوداء في هذه الحالة الأقل نشاطًا، على الرغم من أنها ليست الحالة الأكثر شيوعًا التي يمكن ملاحظتها. يقدم لنا القوس A* الآن فرصة غير مسبوقة لفهم ديناميكيات الثقب الأسود خلال مرحلته الهادئة، وهو سلوك لم يتم توثيقه إلا قليلاً حتى الآن”.