الثقوب السوداء هي أكثر قوى الطبيعة إثارة للفضول والرعب. كما أنها واحدة من أكثر الغموض بسبب الطريقة التي تنهار بها قواعد الفيزياء التقليدية في وجودها. على الرغم من عقود من البحث والملاحظات ، لا يزال هناك الكثير لا نعرفه عنها. في الواقع ، حتى وقت قريب ، لم يشاهد علماء الفلك أبدًا صورة للثقب الأسود ولم يتمكنوا من توجيه كتلتهم.
ومع ذلك ، أعلن فريق فيزيائي من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا (MIPT) مؤخرًا أنهم ابتكروا طريقة لقياس كتلة الثقب الأسود بشكل غير مباشر مع تأكيد وجودها أيضًا. في دراسة حديثة ، أظهروا كيف اختبروا هذه الطريقة على الثقب الأسود الهائل الذي تم تصويره مؤخرًا في مركز المجرة النشطة 87.
ظهرت الدراسة في عدد أغسطس من مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. بالإضافة إلى باحثين من MIPT ، ضم الفريق أعضاء من المعهد المشترك في هولندا VLBI ERIC (JIVE) ، ومعهد Academia Sinica التابع للفلك والفيزياء الفلكية في تايوان ، ومرصد NOAJ's Mizusawa VLBI في اليابان.
لعقود ، عرف الفلكيون أن معظم المجرات الضخمة لها ثقب أسود فائق الكتلة (SMBH) في مركزها. يؤدي وجود SMBH هذا إلى قدر كبير من النشاط في القلب ، حيث يسقط الغاز والغبار إلى قرص تنامي ويتسارعان إلى السرعات التي تتسبب في انبعاث الضوء ، وكذلك الراديو والميكروويف والأشعة السينية وغاما- إشعاع الأشعة.
بالنسبة لبعض المجرات ، فإن كمية الإشعاع التي تنتجها المنطقة الأساسية مشرقة للغاية لدرجة أنها تتغلب فعليًا على الضوء القادم من جميع النجوم في قرصها مجتمعًا. تُعرف هذه باسم مجرات النوى المجرة النشطة (AGN) نظرًا لأنها تحتوي على نوى نشطة والمجرات الأخرى "هادئة" نسبيًا. معرف آخر منبّه أن مجرة نشطة هي الحزم الطويلة من المادة فائقة الحرارة التي تمتد.
هذه "الطائرات النسبية" ، والتي يمكن أن تمتد لملايين السنين الضوئية إلى الخارج ، تحمل نفس الاسم لأن المواد الموجودة فيها تتسارع إلى جزء صغير من سرعة الضوء. في حين أن هذه الطائرات لم يتم فهمها بالكامل حتى الآن ، إلا أن الإجماع الحالي هو أنها تنتج عن "تأثير حركي" معين ناتج عن SMBH سريع الدوران.
مثال جيد على مجرة نشطة ذات نفاثة نسبية هو Messier 87 (المعروف أيضًا باسم Virgo A) ، وهي مجرة عملاقة تقع في اتجاه كوكبة العذراء. هذه المجرة هي أقرب مجرة نشطة إلى الأرض ، وبالتالي واحدة من أفضل المجرات التي تمت دراستها. اكتشف في الأصل عام 1781 من قبل تشارلز ميسييه (الذي اعتقد أنه سديم) ، وقد تم دراسته بشكل منتظم منذ ذلك الحين. بحلول عام 1918 ، أصبحت نفاثتها البصرية الأولى من نوعها التي يمكن ملاحظتها.
بفضل قربها ، تمكن الفلكيون من دراسة طائرة ميسيير 87 بدقة - رسم خرائط هيكلها وسرعات البلازما وقياس درجات الحرارة وكثافة الجسيمات بالقرب من مجرى الطائرة. تمت دراسة حدود الطائرة بتفاصيل دقيقة اكتشف الباحثون أنها كانت متجانسة على طولها وغيرت شكلها كلما امتدت (من القطع المكافئ إلى المخروطي).
سمحت كل هذه الملاحظات لعلماء الفلك باختبار الفرضيات المتعلقة ببنية المجرات النشطة والعلاقة بين التغيرات في شكل الطائرة وتأثير الثقب الأسود في نواة المجرة. في هذه الحالة ، استفاد فريق البحث الدولي من هذه العلاقة ولتحديد كتلة M87s SMBH.
اعتمد الفريق أيضًا على النماذج النظرية التي تتنبأ بكسر الطائرة ، مما سمح لها بإنشاء نموذج حيث ستقوم كتلة SMBH بإعادة إنتاج الشكل المرصود لطائرة M87 بدقة. من خلال قياس عرض الطائرة والمسافة بين النواة وكسر شكلها ، وجدوا أيضًا أن حدود طائرة M87 تتكون من جزأين بمنحنيين مميزين.
في النهاية ، أتاح الجمع بين النماذج النظرية والملاحظات وحسابات الكمبيوتر للفريق الحصول على قياس غير مباشر لكتلة الثقب الأسود ومعدل الدوران. لا توفر هذه الدراسة فقط نموذجًا جديدًا لتقدير الثقب الأسود ووسائل قياس جديدة للطائرات ، ولكنها تؤكد أيضًا الفرضيات الكامنة وراء هيكل الطائرات
بشكل أساسي ، تصف نتائج الفريق النفاثة بأنها تدفق السائل الممغنط ، حيث يتم تحديد الشكل من خلال المجال الكهرومغناطيسي فيه. هذا ، بدوره ، يعتمد على أشياء مثل سرعة وشحن جسيمات النفث ، والتيار الكهربائي داخل النفاثة ، ومعدل تراكم SMBH للمادة من القرص المحيط بها.
التفاعل بين كل هذه العوامل هو ما يؤدي إلى حدوث انكسار ملاحظ في شكل طائرة ، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لاستقراء كتلة SMBHs ومدى سرعة دورانها. تصف إيلينا نوخرينا ، نائب رئيس مختبر MIPT المشاركة في الدراسة والمؤلفة الرئيسية في ورقة الفريق ، الطريقة التي طوروها بالطريقة التالية:
"إن الطريقة المستقلة الجديدة لتقدير كتلة الثقب الأسود والدوران هي النتيجة الرئيسية لعملنا. على الرغم من أن دقتها قابلة للمقارنة مع دقة الأساليب الموجودة ، إلا أنها تتمتع بميزة في أنها تقربنا من الهدف النهائي. وبالتحديد ، تنقيح معلمات "المحرك" الأساسي لفهم طبيعته بشكل أعمق ".
بفضل توفر أدوات معقدة لدراسة SMBHs (مثل تلسكوب Event Horizon) وتلسكوبات الفضاء من الجيل التالي التي سيتم تشغيلها قريبًا ، لن يستغرق الأمر طويلًا حتى يتم اختبار هذا النموذج الجديد بدقة. المرشح الجيد هو Sagittarius A * ، SMBH في مركز مجرتنا والتي تقدر بحوالي 3.5 مليون 4.7 مليون كتلة شمسية.
بالإضافة إلى وضع قيود أكثر دقة على هذه الكتلة ، يمكن أن تحدد الملاحظات المستقبلية أيضًا مدى نشاط (أو عدم نشاط) نواة مجرتنا. هذه وغيرها من أسرار الثقب الأسود تنتظر!
