تم تصوير المجال المغناطيسي للثقب الأسود لأول مرة

رصد العلماء الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة M87 والذي تم تصويره قبل حوالي ثلاث سنوات بالوسائل البصرية، والآن تم تصوير المجال المغناطيسي الضخم حوله مما يكشف ما يحدث عندما تقترب المادة من سرعة الضوء وجزء منها يبتلعها الثقب الأسود. والكاتب هو أحد العلماء الذين شاركوا في المشروع

بقلم: زيري يونيسي، UKRI زميل ستيفن هوكينج، UCL. ترجمة: آفي بيليزوفسكي

كانت هناك إثارة كبيرة عندما أظهر مشروع التعاون الدولي لتلسكوب أفق الحدث للعالم أول صورة على الإطلاق لثقب أسود في أبريل 2019. ويزن هذا الثقب 6.5 مليون مرة كتلة شمسنا، ويقع في المجرة M87، على بعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية. من الأرض.

وكان هذا أول دليل مباشر على وجود الثقوب السوداء. كما قدمت أيضًا اختبارًا استثنائيًا لنظرية أينشتاين في الجاذبية ومفاهيمها الأساسية فيما يتعلق بالمكان والزمان، حيث اختبر الجاذبية في أقصى حدودها. لكننا ما زلنا لا نعرف الكثير عن هذه الوحوش.

والآن، بعد مرور عامين تقريبًا على هذا الإنجاز التاريخي، كشفنا عن صورة جديدة لـ M87 باستخدام تقنية مختلفة. يقدم بحثنا، الذي نشر في ورقتين جديدتين في مجلة The Astrophysical Journal Letters، رؤى مهمة حول الطبيعة الغامضة للثقوب السوداء.

لرؤية غير مرئية

ونظرًا لبعده عنا، فإن تصوير هذا الخيط الأسود يمثل تحديًا كبيرًا. فهو يتطلب دقة حادة بما يكفي للتركيز على برتقالة على سطح القمر، أو للتمكن من رؤية الذرات الفردية في الإصبع. ونجح التلسكوب في ذلك بفضل تعاون غير مسبوق بين العلماء حول العالم، حيث ربط ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية وحولت الأرض إلى تلسكوب راديوي افتراضي واحد عملاق.

ربما تكون الثقوب السوداء هي أكثر الأشياء غموضًا في الطبيعة، فهي تؤدي إلى بعض الظواهر الأكثر نشاطًا والتي لا يمكن ملاحظتها في عالمنا. وبسبب أفق الحدث الخاص بهم، وهو الحد الذي لا يمكن لأي شيء بعده، ولا حتى الضوء، الهروب منه، فإننا لا نستطيع رؤية الثقب الأسود مباشرة. لكن المادة التي تسقط باتجاه الثقب الأسود يتم سحبها بواسطة قوة جاذبيتها الهائلة وتصبح ساخنة للغاية ومضيئة.

ومع اقترابه من أفق الحدث، يسخن هذا الغاز بشكل كبير بسبب الاحتكاك، ويتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، ويصدر كميات كبيرة من الإشعاع. وهو إشعاع على شكل موجات راديوية يصدرها هذا الغاز قبل لحظات من عبوره أفق الحدث الذي صمم التلسكوب لكشفه.

نظرة جديدة

قدمت صورة الثقب الأسود في M87 دعمًا ساحقًا لفكرة أن الثقوب السوداء الهائلة تكمن في قلب معظم المجرات (إن لم يكن كلها). إنها الغراء الذي يجمع المجرات معًا ويتحكم في ديناميكياتها وتطورها. ولكن ليس من الواضح كيف يعملون.

تستخدم الصورة الجديدة الضوء المستقطب - موجات الضوء التي تميل في اتجاه واحد فقط - التي تنتجها المواد الموجودة على حافة الثقب الأسود. يتكون الضوء غير المستقطب من موجات ضوئية تتأرجح في اتجاهات مختلفة. يمكن أن يستقطب الضوء إذا انتقل عبر مناطق الفضاء الساخنة والمغنطة للغاية. وتعد المجالات المغناطيسية القوية حول الثقب الأسود من هذه المناطق، ومن خلال دراسة خصائص هذا الضوء المستقطب يمكننا معرفة المزيد عن المادة التي أنتجته.

توفر الصورة المستقطبة الجديدة دليلًا جديدًا مقنعًا على مدى قدرة المجالات المغناطيسية القوية حول الثقوب السوداء على إطلاق نفاثات مركزة من الغاز المشحون تمتد لآلاف السنين الضوئية. نعتقد الآن أن مثل هذه التدفقات النشطة والمشرقة، والتي تطلق كميات هائلة من المادة في الوسط بين المجرات، ترتبط بالثقوب السوداء من خلال هذه المجالات المغناطيسية القوية.

قام علماء الفلك ببناء نماذج مختلفة لشرح كيفية تصرف المادة بالقرب من الثقب الأسود لفهم عملية تكوين النفاثات بشكل أفضل، لكنهم ما زالوا لا يعرفون كيف يمكن إطلاق نفاثات أكبر من المجرة نفسها من منطقتها المركزية، ولا نعرف بالضبط كيف يمكن إطلاقها من المنطقة المركزية. تدخل المادة إلى الثقب الأسود. والآن نجد أن النماذج النظرية التي تظهر المادة الممغنطة بقوة هي وحدها القادرة على تفسير ما يُرى في أفق الحدث.

توفر ملاحظاتنا معلومات جديدة ومفصلة حول بنية المجالات المغناطيسية خارج الثقب الأسود. إنها لا تقربنا من فهم كيفية إنتاج الثقوب السوداء لهذه النفاثات الغامضة والقوية فحسب، بل تشرح أيضًا كيف يمكن للمادة شديدة الحرارة أن تختبئ خارج الثقب الأسود، وتستمر على الرغم من جاذبيتها. تشير أبحاثنا إلى أن المجالات المغناطيسية قوية بما يكفي لدفع الغاز الساخن إلى الخلف ومساعدته في التغلب على جاذبية الثقب الأسود. فقط الغاز الذي ينزلق عبر الحقل يمكنه أن يبدأ بالتدفق نحو الداخل إلى أفق الحدث.

على الرغم من أن هذه الصور القطبية الجديدة للثقب الأسود M87 مثيرة، إلا أن هذه لا تزال مجرد بداية للتعاون العلمي بين Event Horizon Telescope وتصوير الثقب الأسود. ونحن نعمل بالفعل على التخطيط لرصد وتصوير الثقب الأسود الموجود في مركز مجرتنا، والذي نأمل أن ننشره في وقت لاحق من هذا العام. الثقب الأسود الهائل في مجرتنا الموجود في برج القوس A*.

بالمقارنة مع M87، يعد تصوير الثقب الأسود في مجرتنا أكثر صعوبة بكثير. نحن ننظر إلى الثقب الأسود من خلال وسطنا البينجمي الضبابي المضطرب - هناك كمية كبيرة من الغبار والغاز في الطريق - مما يزيد من صعوبة التقاط صورة واضحة. في السنوات المقبلة، ستتم إضافة تلسكوبات جديدة إلى مجموعة تلسكوبات "Event Horizon"، سواء على الأرض أو في الفضاء، وستضمن الحصول على صور أكثر وضوحًا للثقوب السوداء وستوفر فهمًا أكثر حميمية لهذه الكيانات الغامضة.

وسيكون هناك المزيد من المفاجآت في المتجر. هذه حقبة جديدة ومثيرة في استكشاف البشرية لقوة الجاذبية القوية وطبيعة المكان والزمان، وهي بلا شك الأفضل في المستقبل.

لمقالة في المحادثة

المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:

• اكتشاف ثقوب سوداء قياسية في المجرات الضخمة
• الأشياء التي تعرفها ياوريم: إلى أين تشير إبرة البوصلة؟
• أصوات الثقب الأسود

• تم التقاط صورة هي الأولى من نوعها لثقب أسود في مركز مجرة ​​بفضل تعاون دولي

• لماذا يعد تصوير الثقب الأسود حدثًا خاصًا؟