نظرة فاحصة على الاضطرابات الطاقية حول الثقوب السوداء فائقة الكتلة

الولايات المتحدة - وكالة أنباء إخباري

نظرة فاحصة على الاضطرابات الطاقية حول الثقوب السوداء فائقة الكتلة

تُعد الثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBH) الأجسام الأكثر ضخامة في مراكز المجرات، وغالباً ما تكون أثقل بمليارات المرات من شمسنا. هذه الكتلة الهائلة تولد تأثيرات بعيدة المدى على محيطها، من التحكم في مدارات مليارات النجوم إلى إطلاق نفثات إشعاعية قوية تمتد لملايين السنين الضوئية. كما تلعب هذه الثقوب دوراً حاسماً في تنظيم عملية تكوين النجوم داخل المجرات التي تستضيفها، وفي بعض الحالات، تقوم بتمزيق النجوم التي تقترب منها بشكل مفرط في ظاهرة تُعرف بـ "أحداث التمزق المدّي".

إن المنطقة المحيطة بالثقوب السوداء فائقة الكتلة هي بحق بحر فوضوي من الغاز المضطرب، مدفوع إلى أقصى حدوده بالطاقة الهائلة المنبعثة من الثقب الأسود. وعلى الرغم من أن علماء الفيزياء الفلكية يدركون هذه الديناميكيات المعقدة وتأثيرها العميق على تطور المجرات، إلا أن العديد من الأسئلة ظلت دون إجابة. في الآونة الأخيرة، نجحت ورقتان بحثيتان جديدتان، تستخدمان بيانات من تلسكوب الأشعة السينية الفضائي XRISM (مهمة تصوير وطيف الأشعة السينية)، في تسليط الضوء على هذه المناطق المكثفة حول الثقوب السوداء فائقة الكتلة.

الورقة البحثية الأولى، بعنوان "فصل محركات الحركة الحركية المتعددة للغاز في عناقيد مجرات بيرسيوس"، نُشرت في مجلة "Nature"، ويُنسب الفضل في تأليفها بشكل عام إلى تعاون XRISM. أما الورقة الثانية، بعنوان "رؤية XRISM/Resolve لديناميكيات الغلاف الجوي الغازي الساخن للمجرة M87"، فسيتم نشرها قريباً في مجلة "The Astrophysical Journal"، ويُعد هانا مكال، طالبة الدراسات العليا في جامعة شيكاغو، المؤلفة الرئيسية لها.

تُعد هذه الأبحاث بمثابة اختراق علمي، حيث صرحت آني هاينريش، طالبة الدراسات العليا في جامعة شيكاغو وأحد المؤلفين الرئيسيين للورقة المنشورة في "Nature": "لأول مرة، يمكننا قياس الطاقة الحركية للغاز الذي يحركه الثقب الأسود بشكل مباشر". وأضافت هاينريش تشبيهاً بليغاً: "الأمر أشبه بأن كل ثقب أسود فائق الكتلة يجلس في 'عين عاصفته الخاصة'"، مما يعكس الطبيعة المضطربة ولكن المنظمة لهذه الظواهر.

تم إطلاق تلسكوب XRISM في عام 2023 خصيصاً لدراسة ظاهرة "ارتداد المادة النشطة" (AGN feedback) والظواهر المرتبطة بها. يحمل التلسكوب أداتين متطورتين، كل منهما مزودة بتلسكوب خاص بها: Resolve و Xtend. وبالمقارنة مع سلفه، تلسكوب هيتومي الذي فقد بعد فترة تشغيل قصيرة، يتمتع XRISM بقدرات استشعار فائقة. والأهم من ذلك، أن XRISM قادر على التمييز بدقة فائقة بين الأشعة السينية المنبعثة من عناصر مختلفة وحالات تأين مختلفة، مما يتيح له فك رموز تعقيدات البيئة المحيطة بالثقوب السوداء.

وفقاً لـ كونغياو تشانغ، الذي شارك في قيادة البحث المنشور في "Nature"، والذي يعمل حالياً في جامعة ماساريك في التشيك: "يسمح لنا XRISM بالتمييز بشكل لا لبس فيه بين حركات الغاز التي يغذيها الثقب الأسود وتلك التي تدفعها عمليات كونية أخرى، وهو أمر كان مستحيلاً في السابق". كان هذا التمييز صعباً للغاية بسبب الطبيعة الفوضوية للثقوب السوداء فائقة الكتلة. فعندما تتغذى هذه الثقوب، تتجه الغازات والغبار نحوها، وتتجمع في قرص دوار حول الثقب الأسود. لا يسقط كل هذا المواد في الثقب الأسود؛ بل ينبعث جزء منها على شكل نفثات قوية من الجسيمات عالية الطاقة التي تصل إلى سرعات نسبية. إن كمية الطاقة التي يضخها الثقب الأسود في محيطه لا يمكن تصورها، وتؤثر على مناطق تمتد لمئات الآلاف من السنين الضوئية.

لطالما رصد علماء الفلك هذه البيئات المعقدة، وأدركوا كيف تشكل هذه الظاهرة المجرات وتنظم تكوين النجوم. ومع ذلك، فإن الملاحظات السابقة لم تكن بنفس دقة تفاصيل XRISM. هذه الملاحظات الجديدة تخترق بوضوح أكبر "الحلبة الضبابية" لتغذية الثقوب السوداء مقارنة بأي جهود سابقة. عندما يصطدم الإخراج الطاقي للثقب الأسود بالغاز المحيط به، يصدر كل عنصر إشعاعاً مختلفاً قليلاً من الأشعة السينية. يمتلك XRISM القدرة على رؤية هذه الاختلافات بتفاصيل دقيقة، مما يمكنه من تتبع حركة الغازات المختلفة وسرعاتها.

وتوضح هاينريش هذا التقدم بقولها: "قبل XRISM، كان الأمر أشبه برؤية صورة للعاصفة. الآن، يمكننا قياس سرعة الإعصار".

تُظهر إحدى الدراسات كيف قام XRISM بالتركيز على المجرة M87، الواقعة في قلب عنقود العذراء المجري، على بعد حوالي 53 مليون سنة ضوئية. أظهرت ملاحظات XRISM اضطرابات قوية في الغاز الساخن المحيط بالثقب الأسود الهائل في M87. يكشف طيف الأشعة السينية الذي تم جمعه بواسطة XRISM عن وجود عناصر مختلفة في الغاز، كما أن أشكال ومواقع قمم الطيف تكشف عن سرعة حركة هذا الغاز الساخن. هذه القدرة على قياس حركية الغاز بدقة لم تكن ممكنة من قبل، وتوفر رؤى حاسمة حول كيفية تفاعل الثقوب السوداء فائقة الكتلة مع بيئتها المجرية.

وكالة أنباء إخباري