ثقب أسود بقرص لا ينبغي أن يكون حوله

تفاجأ فريق بحثي دولي، يشارك فيه البروفيسور أري لور من كلية الفيزياء في التخنيون، باكتشاف قرص غازي في المجرة NGC 3417، يتعارض وجوده مع التوقعات الفيزيائية الفلكية المقبولة. يعتمد هذا الاكتشاف على ملاحظات تلسكوب هابل الفضائي

مثل الأعضاء الآخرين في الفريق الدولي الذي هو شريك فيه، تفاجأ البروفيسور آري لور من كلية الفيزياء في التخنيون بالنتيجة المركزية للملاحظة التي أجراها الفريق في 17 مايو 2018: وجود قرص غازي في مكان لا ينبغي العثور عليه فيه حسب النظريات الفيزيائية الفلكية المتعارف عليها. وتم اكتشاف القرص المفاجئ حول الثقب الأسود في مركز المجرة NGC 3417، التي تقع على بعد 130 مليون سنة ضوئية منا، باستخدام تلسكوب هابل الفضائي.

ووفقا للبروفيسور لاور، "لقد رصدنا مركز المجرة NGC 3147، حيث وجدنا ثقبا أسود هائلا تبلغ كتلته 300 مليون مرة كتلة شمسنا". وخلافا لكل التوقعات، اكتشفنا هناك قرصا رقيقا من الغاز يدور بسرعة هائلة - أكثر من عُشر سرعة الضوء - قريب جدا من الثقب الأسود".

توجد الثقوب السوداء الضخمة في مركز معظم المجرات، لكن عددًا صغيرًا فقط من المجرات لديها قرص تراكمي يسقط من خلاله الغاز إلى الثقب الأسود. في هذه العملية، يتم إطلاق إشعاع قد يتجاوز في شدته الإشعاع الصادر من جميع النجوم في المجرة.

وفي مجرة ​​NGC 3147، يعاني الثقب الأسود من "سوء التغذية"؛ تصل كمية صغيرة جدًا من الغاز إلى المركز وتنتج كمية ضئيلة فقط من الإشعاع. في هذه الحالة من المتوقع أن يظل الغاز رقيقًا ومنتشرًا ولا يشكل بنية القرص. ووفقا للبروفيسور لور، "لقد اعتبرنا الثقب الأسود في NGC 3147 مرشحا مثاليا لتأكيد النظرية القائلة بأنه، تحت سطوع معين، يتوقف قرص الامتصاص عن الوجود. ما رأيناه كان غير متوقع على الإطلاق: لقد وجدنا غازًا يحوم حول الثقب الأسود، ولا يمكن تفسير خصائصه دون وجود قرص تراكمي رفيع بالقرب من الثقب الأسود.

ويقع القرص الذي تم اكتشافه في عمق مجال جاذبية الثقب الأسود، بحيث يعمل مجال الجاذبية على تحويل الضوء إلى أطوال موجية أطول - وهي عملية تسمى الانزياح الأحمر. وبسبب السرعات العالية، هناك أيضًا تأثير معاكس يحول بعض الضوء إلى أطوال موجية أقصر. ووفقا للمؤلف الرئيسي للدراسة ستيفانو بيانكي من جامعة روما، فإن "القرص الذي اكتشفناه قريب جدا من الثقب الأسود لدرجة أن قوة الجاذبية وسرعة الغاز تؤثر بشكل كبير على جزيئات الضوء، ولن نتمكن من ذلك". نكون قادرين على فهم المعلومات التي تم جمعها إذا لم ندرج تأثيرات النسبية الخاصة والعامة." ووفقا لماركو تشيابيرجا، الذي شارك في الدراسة، "لم يسبق لنا أن رأينا بمثل هذا الوضوح، وفي مثل هذا الضوء المرئي، آثار كل من النسبية الخاصة والنسبية العامة". سيابيرج هو باحث في وكالة الفضاء الأوروبية، ومعهد علوم التلسكوب الفضائي، وجامعة جونز هوبكنز. يخلق التأثير الإجمالي علامة مميزة لغاز نسبي يتحرك حول ثقب أسود، وهي علامة قام البروفيسور لاور بحسابها في عام 1991. وتتطابق التأثيرات المقاسة تمامًا مع الحسابات النظرية.

ويعتمد هذا الاكتشاف المثير، كما ذكرنا، على الملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل الفضائي باستخدام جهاز يسمى مقياس الطيف. يتيح هذا الجهاز قياس توزيع سرعة الإشعاع المنبعث من الغاز بدقة. ووفقا للباحثين، "بدون تلسكوب فضائي، لا يمكننا إجراء الرصد، لأن سطوع النجوم في المجرة يتجاوز الإشعاع الضعيف نسبيا المنبعث من الثقب الأسود بعشرات الآلاف". إن الفصل الزاوي العالي للتلسكوب الفضائي جعل من الممكن عزل وقياس الإشعاع من محيط الثقب الأسود فقط."

ويأمل الباحثون في العثور باستخدام تلسكوب هابل على أقراص رفيعة مماثلة بالقرب من الثقوب السوداء في المجرات الأخرى، والتعرف بهذه الطريقة على بنية الأقراص وربما حتى على دوران الثقب الأسود نفسه.

البروفيسور آري لور هو عالم فيزياء فلكية متخصص في الثقوب السوداء. في عام 1995 انضم إلى كلية الفيزياء في التخنيون بعد حصوله على الدكتوراه في جامعة تل أبيب وما بعد الدكتوراه في برينستون ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.