يلتقط تلسكوب ويب التابع لناسا توهجًا من الثقب الأسود في مركز درب التبانة

استخدم علماء الفيزياء الفلكية في جامعة نورث وسترن تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا لإجراء أطول عمليات رصد وأكثرها تفصيلاً حتى الآن للثقب الأسود الهائل الموجود في مركز درب التبانة. ووجدوا أن القرص التراكمي للثقب الأسود كان ينبعث باستمرار مشاعل دون انقطاع. يعرض هذا الفيديو بيانات 2.1 ميكرون تم التقاطها في 7 أبريل 2024. المصدر: فرهاد يوسف زاده/جامعة نورث وسترن

يمكن أن توفر النتائج رؤى مهمة حول طبيعة الثقوب السوداء، وتفاعلاتها مع محيطها، والقوى التي تؤثر على تطور درب التبانة. سيتم نشر البحث اليوم (18 فبراير) في مجلة The Astrophysical Journal Letters.

وقال فرهاد يوسف زاده من جامعة نورث وسترن، الذي قاد الدراسة: "من المتوقع أن تحدث التوهجات بشكل أساسي في جميع الثقوب السوداء فائقة الكتلة، لكن ثقبنا فريد من نوعه. إنه نشط باستمرار ولا يبدو أنه كذلك أبدًا. يحقق حالة مستقرة. لقد لاحظنا هذا الثقب الأسود عدة مرات خلال عامي 2023 و2024، وفي كل مرة لاحظناه، رأينا شيئًا مختلفًا، وهو أمر رائع حقًا".

يوسف زاده هو خبير في مركز المجرة وأستاذ الفيزياء وعلم الفلك في كلية واينبرغ للفنون والعلوم بجامعة نورث وسترن. ومن بين المؤلفين المشاركين في الفريق الدولي هوارد بوشوس من معهد علوم التلسكوب الفضائي، وريتشارد ج. أرندت من وكالة ناسا، ومارك واردل من جامعة ماكواري في أستراليا، وجوزيف مايكل من جامعة هارفارد وكلية سميثسونيان، وكلير تشاندلر من المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي.

لإجراء الدراسة، استخدم يوسف زاده وفريقه كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) التابعة لـ JWST، والتي يمكنها مراقبة لونين من الأشعة تحت الحمراء في وقت واحد لفترات طويلة من الزمن. وباستخدام أداة التصوير هذه، لاحظ الباحثون برج القوس A* لمدة تصل إلى 48 ساعة - تم قياسها بزيادات تتراوح من 8 إلى 10 ساعات، على مدار عام. وهذا يسمح للعلماء بتتبع كيفية تغير الثقب الأسود مع مرور الوقت.

على الرغم من أن يوسف زاده توقع رؤية توهج، إلا أن برج القوس A* كان أكثر نشاطًا مما كان متوقعًا. ببساطة: تظهر الملاحظات أن الألعاب النارية تختلف في السطوع والمدة. يُنتج القرص المتراكم حول الثقب الأسود ما بين خمسة إلى ستة توهجات كبيرة يوميًا، تتخللها عدة توهجات ثانوية أصغر.

على الرغم من أن علماء الفيزياء الفلكية لا يفهمون هذه العملية بشكل كامل، إلا أن يوسف زاده يشتبه في أن الانفجارات القصيرة والتوهجات الأطول ناجمة عن عمليتين مختلفتين. إذا كان قرص التراكم نهرًا، فإن الومضات القصيرة والضعيفة ستكون بمثابة تموجات صغيرة عشوائية على سطح النهر. ومن ناحية أخرى، فإن التوهجات الأطول والأكثر سطوعًا تشبه المد والجزر وتنتج عن أحداث أكثر أهمية. قد تؤدي الاضطرابات الصغيرة داخل القرص التراكمي إلى ظهور ومضات باهتة. على وجه التحديد، تعمل التقلبات المضطربة داخل قرص التراكم على ضغط البلازما، وهو غاز ساخن مشحون كهربائيًا، مما يسبب رشقات نارية قصيرة من الإشعاع. وقارن يوسف زاده هذه الظاهرة بالتوهج الشمسي.

وأوضح: "هذا يشبه عملية تجمع المجال المغناطيسي للشمس، ثم ضغطه ثم انفجاره في توهج شمسي. وبالطبع، هذه العملية أكثر عنفًا لأن البيئة المحيطة بالثقب الأسود ذات طاقة أعلى وأكثر تطرفًا. ومع ذلك، فإن سطح الشمس أيضًا نشط للغاية".

يعزو يوسف زاده التوهجات الكبيرة والمشرقة إلى أحداث إعادة الاتصال المغناطيسي، وهي العملية التي يصطدم فيها مجالان مغناطيسيان، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة على شكل جسيمات متسارعة. تطير هذه الجسيمات بسرعة تقارب سرعة الضوء، وترسل نبضات مبهرة من الإشعاع. تشبه أحداث إعادة الاتصال المغناطيسي الشرارات الكهروستاتيكية. وإلى حد ما، يعد هذا أيضًا "إعادة توصيل كهربائي".

نظرًا لأن كاميرا NIRCam الخاصة بـ JWST يمكنها مراقبة طولين موجيين مختلفين في الوقت نفسه (2.1 و4.8 ميكرون)، فقد تمكن يوسف زاده ومعاونوه من مقارنة كيفية تغير سطوع التوهج مع كل طول موجي. وقال يوسف زاده إن التقاط طولين موجيين من الضوء يشبه "رؤية الألوان بدلاً من الأسود والأبيض". ومن خلال مراقبة برج القوس A* عند أطوال موجية متعددة، تمكن من التقاط صورة أكثر اكتمالًا ودقة لسلوكه.

ومع ذلك، كان الباحثون ينتظرون مفاجأة أخرى. لقد وجدوا بشكل غير متوقع أن الأحداث التي تمت ملاحظتها عند الأطوال الموجية الأقصر تغير في سطوعها في وقت أبكر قليلاً من الأحداث التي تمت ملاحظتها عند الأطوال الموجية الأطول.

وقال يوسف زاده: "هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها تأخيرًا زمنيًا في القياسات عند هذه الأطوال الموجية". "لقد لاحظنا هذه الأطوال الموجية في وقت واحد باستخدام NIRCam ولاحظنا أن الأطوال الموجية الأطول تتخلف عن الأطوال الموجية الأقصر بمقدار صغير - ربما بضع ثوانٍ إلى 40 ثانية."

يوفر هذا التأخير الزمني أدلة إضافية على العمليات الفيزيائية التي تحدث حول الثقب الأسود. أحد التفسيرات هو أن الجسيمات تفقد الطاقة أثناء التوهج، فالجسيمات ذات الأطوال الموجية الأقصر تفقد الطاقة بشكل أسرع من الجسيمات ذات الأطوال الموجية الأطول. وهذا التغيير متوقع بالنسبة للجسيمات التي تدور حول خطوط المجال المغناطيسي.

لمزيد من استكشاف هذه الأسئلة، يأمل يوسف زاده في استخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي لإجراء عمليات رصد أطول لكوكب القوس أ*. وقد قدم مؤخرًا اقتراحًا لإجراء عمليات مراقبة للثقب الأسود على مدار 24 ساعة. ستساعد الملاحظات الأطول في تقليل الضوضاء، مما يسمح للباحثين برؤية تفاصيل أكثر دقة.

وقال يوسف زاده: "عليك أن تتنافس مع الضوضاء عند مراقبة مثل هذه الأحداث الضعيفة". "إذا تمكنا من المراقبة لمدة 24 ساعة، فيمكننا تقليل الضوضاء ورؤية الميزات التي لم نتمكن من رؤيتها من قبل. يمكننا أيضًا معرفة ما إذا كانت هذه التوهجات تبدو دورية (أو متكررة)، أو ما إذا كانت عشوائية حقًا".