تتميز الثقوب السوداء بخاصيتين بسيطتين: الكتلة والدوران. في حين تمكن علماء الفلك منذ فترة طويلة من قياس كتلة الثقوب السوداء بشكل فعال إلى حد ما، فإن تحديد معدل دورانها كان مهمة أكثر صعوبة بكثير.
اكتشف علماء الفلك باستخدام تلسكوب تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا وتلسكوب نيوتن الموازي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، بالإضافة إلى تلسكوب هابل الفضائي، الذي يرصد الضوء المرئي والترددات القريبة منه، ثقبًا أسود ضخمًا سريع الدوران على بعد 6 مليارات سنة ضوئية. تُعد القياسات الأولى لمعدل الدوران في مثل هذا الثقب الأسود البعيد تقدمًا مهمًا في فهم كيفية نمو الثقوب السوداء بمرور الوقت.
تتميز الثقوب السوداء بخاصيتين بسيطتين: الكتلة والدوران. في حين تمكن علماء الفلك منذ فترة طويلة من قياس كتلة الثقوب السوداء بشكل فعال إلى حد ما، فإن تحديد معدل دورانها كان مهمة أكثر صعوبة بكثير.
في العقد الماضي، اقترح علماء الفلك طرقًا لتقدير معدل دوران الثقوب السوداء على مسافات أكبر من بضعة مليارات من السنين الضوئية. وهذا يعني أننا نشاهد المناطق المحيطة بالثقوب السوداء كما كانت تبدو قبل مليارات السنين. ومع ذلك، فإن تحديد معدل دوران هذه الثقوب السوداء البعيدة يتطلب عدة خطوات مترابطة.
"أردنا تخطي الوساطة، وحساب دوران الثقوب السوداء في جميع أنحاء الكون"، يقول روبنز رايس من جامعة ميشيغان في آن أربور، الباحث الرئيسي في ورقة بحثية نشرت في العدد الإلكتروني للمجلة بتاريخ 5 مارس 2014. طبيعة.
قام رايس وزملاؤه بحساب دوران الثقب الأسود الهائل الذي يسحب الغاز من حوله، مما أدى إلى إنتاج كوازار شديد الإضاءة يعرف باسم RX J1131-1231. وبفضل حظ الباحثين الذين استفادوا من اصطفاف مع مجرة كبيرة تمر عبرها، فإن الاضطراب الزمكاني الناجم عن مجرة إهليلجية ضخمة وقفت على خط البصر، وعملت بمثابة عدسة جاذبية تعمل على تكبير الضوء المنبعث منها. الكوازار. توفر عدسة الجاذبية، التي تنبأ بوجودها لأول مرة أينشتاين، فرصة نادرة لدراسة المناطق الداخلية للكوازارات من خلال العمل بمثابة تلسكوب طبيعي وتضخيم الضوء من هذه المصادر.
وقال أحد الباحثين المشاركين في الدراسة: "بفضل عدسة الجاذبية، تمكنا من الحصول على معلومات مفصلة عن طيف الأشعة السينية، أي كمية الأشعة السينية المرئية في طاقات مختلفة من RX J1131-1231". دراسة، مارك رينولدز، أيضا من ميشيغان. "هذه البيانات بدورها أتاحت لنا الحصول على قيمة دقيقة للسرعة التي يدور بها الثقب الأسود."
وتنتج الأشعة السينية في قرص امتصاص الغاز والغبار المحيط بالثقب الأسود وتشكل سحابة توجد فيها درجة حرارة ملايين الدرجات، هذا هو الإكليل بجانب الثقب الأسود. تعكس الأشعة السينية الصادرة عن هذه الزخرفة الجزء الداخلي من قرص التراكم. تعمل قوى الجاذبية القوية بالقرب من الثقب الأسود على تغيير طيف الأشعة السينية. وكلما كان التغيير أكبر، كلما جاءت الأشعة من المنطقة الداخلية لقرص الامتصاص وكانت الأقرب إلى الثقب الأسود.
يقول جون ميلر من ميشيغان، وهو باحث آخر مشارك: "نقدر أن الأشعة السينية تأتي من منطقة في القرص تقع على بعد 3 أنصاف أقطار فقط من أفق الحدث، وهي نقطة اللاعودة للمواد التي تسقط في الثقب الأسود". في الدراسة.
"يجب أن يدور الثقب الأسود بسرعة كبيرة للسماح للقرص بالبقاء على قيد الحياة في نصف القطر الصغير هذا."
ومن خلال قياس دوران ثقب أسود بعيد، اكتشف الباحثون أدلة مهمة حول عملية نمو الثقوب السوداء. إذا كانت الثقوب السوداء تنمو بشكل رئيسي من خلال الاصطدامات والاندماجات بين المجرات، فيجب أن تقوم بتجميع المواد في قرص مستقر، وتلقي إمدادات ثابتة من المواد الجديدة من شأنه أن يؤدي إلى دوران سريع للثقوب السوداء. على العكس من ذلك، إذا نما الثقب الأسود من خلال العديد من أحداث التراكم الصغيرة، فسوف يمتص المادة من اتجاهات مختلفة وقد يؤدي ذلك إلى إبطاء معدل الدوران.
إن اكتشاف أن الثقب الأسود في RX J1131-1231 يدور بأكثر من نصف سرعة الضوء يتوافق بالفعل مع عمر هذا الثقب الأسود، أي بعد 7.7 مليار سنة من الانفجار الكبير، وأنه نما من خلال عمليات الاندماج وليس من خلال السحب. المواد من اتجاهات مختلفة.
إن القدرة على قياس دوران الثقب الأسود على نطاقات كونية كبيرة يمكن أن تسمح بإجراء بحث مباشر حول ما إذا كانت الثقوب السوداء تتطور بنفس معدل المجرة المضيفة لها؟ تعد قياسات دوران الثقب الأسود RX J1131-1231 خطوة رئيسية على طريق إظهار تقنيات استخدام تلسكوبات الأشعة السينية لدراسة الثقوب السوداء البعيدة فائقة الكتلة. قبل هذه الدراسة، كانت معظم الثقوب السوداء البعيدة التي تم حساب دورانها المباشر تقع على مسافة تتراوح بين 2.5 و4.7 مليار سنة ضوئية.
للحصول على معلومات على موقع ناسا
تعليقات 8
حاييم ب
الفوتون عديم الكتلة له زخم خطي. أليس هذا غريبا بالنسبة لك؟ لماذا تختار الأشياء المعقدة، بينما الأشياء البسيطة لا معنى لها؟
شكرا زفي على المجهود
والآن، بطبيعة الحال، هناك المزيد من الأسئلة.
لماذا يقتصر أفق الحدث على سرعة الضوء؟ إنه ليس جسدًا، بل حقل. ولكل جسم دوار غلاف خيالي على مسافة كبيرة يدور معه بسرعة أكبر من سرعة الضوء. ومن المستحيل نقل المعلومات من خلاله، ولا يتعارض مع النظرية النسبية.
وما معنى الزخم الزاوي إذا كان نصف قطر الكتلة 0، إلا إذا تخلت تماما عن معادلات نيوتن. (في معادلة الزخم الزاوي يظهر نصف القطر في المقام)
المزيد والمزيد. ربما هذا ليس المكان المناسب.
الغزال
شكرا على الشرح.
المعجزات والحياة.
أتفق معك في أن التعريف هنا إشكالي للغاية - فعندما تقول حجم الثقب الأسود عليك أن تحدده.
ثقب شوارزشيلد الأسود (ثقب أسود غير دوار) له "حجم" واحد فقط - نصف قطر شوارزشيلد (الأفق) والذي لا يمكن لجسم ذو نصف قطر أصغر أن يهرب من الثقب الأسود، بغض النظر عما يفعله. ووفقا للنظرية القياسية فإن هذا الثقب الأسود يكون فارغا تماما وكل كتلته تقع في المركز. ومع ذلك، فإن الكتلة ليست الخاصية الوحيدة التي تحدد الثقب الأسود - وفقًا لنظرية "عدم وجود شعر"، هناك ثلاث كميات تميز الثقب الأسود - الكتلة والشحنة والزخم الزاوي (وبالطبع، الزخم الزاوي هو المتجه وبالتالي هو مقدار واتجاه).
عندما يكون للثقب الأسود زخم زاوي (مثل هذا الثقب الأسود يسمى ثقب كير الأسود)، فإن بنيته ليست بسيطة. ومع أن الأفق لا يزال كرويًا ولكنه مزدوج، إلا أن هناك أفقًا داخليًا وأفقًا خارجيًا - وسأتوسع لاحقًا قليلًا في إحدى نتائج ذلك.
كما أن الأفق الخارجي للثقب الأسود محاط بقشرة إهليلجية (كرة مسطحة) تسمى "الغلاف الجوي أرجوس". يمكن للجسيم الموجود في الغلاف الجوي أن يغادر، ولكن داخل الغلاف الجوي لا يمكنه الوقوف ويجب أن يدور (رياضيًا، يختلط الإحداثيات المتعلقة بالتناوب مع إحداثيات الوقت - لذلك، تمامًا كما هو الحال في الفضاء العادي، يجب عليك التحرك للأمام في الوقت المناسب، هنا يجب أن يدور في نفس اتجاه الثقب الأسود).
وأخيرًا، التفرد ليس نقطة كما في حالة ثقب شوارزشيلد الأسود، بل هو حلقة – وهذا نتيجة وجود أفقين وهذا يعني أن الجسم الذي يسقط في الثقب الأسود لا يجب أن يصل إلى النقطة. التفرد (على عكس حالة شوارزشيلد)، فإنه يمكن أن يصل إلى مركز النظام ويمر عبر السطح المحجوب بالحلقة السطح الذي تحجبه الحلقة هو شيء مثير للاهتمام - فهو في الواقع يصيب مساحتين مختلفتين، أي أنه يشكل ثقبًا دوديًا، لكن يبدو أنه من الناحية العملية لا يمكن المرور من خلاله (نظرًا لأن المرور من خلاله سيضر به) استقرار).
والآن يمكننا أن نتحدث عما قيل هنا.
كما بدأت، أعتقد أن التعريف هنا سيء جدًا، ومن الناحية العملية أعتقد أن الأمر يتعلق بسرعة الأفق الخارجي. لا يمكن أن تكون هذه السرعة أعلى من سرعة الضوء لأن ذلك من شأنه أن يتسبب في خروج الحلقة التي تشكل التفرد إلى خارج الأفق - وهذا ما يُعرف بالتفرد العاري وهناك أسباب وجيهة للاعتقاد بأن ذلك غير ممكن.
على أية حال، فإن حقيقة أن سرعة الدوران هي نصف سرعة الضوء ليس مفاجئًا - فالمقياس النموذجي هنا هو سرعة الضوء. علاوة على ذلك، كانت هناك بالفعل تقديرات سابقة لدوران الثقوب السوداء، وتشير هذه التقديرات إلى دورانها بسرعة عالية قريبة من الحد الأقصى الممكن.
حاييم ب
من المؤكد أن نصف قطر الثقب الأسود ليس 0. ويتم تعريف الثقب الأسود حسب الموقع ونصف القطر. نصف القطر هو نفس المسافة من مركز الحفرة التي تكون فيها سرعة الهروب هي سرعة الضوء.
والأكثر من ذلك - من المحتمل أن تتقلص المادة إلى نصف قطر 0.
إن زخمها الزاوي هو متجه، مما يعني أنه يتم تحديده من خلال الحجم والاتجاه. لذلك - 2 بيانات كافية لتحديد الثقب الأسود - الكتلة والزخم الزاوي.
الأرض مسطحة لأن حجمها له كتلة. الثقب الأسود يتركز كل كتلته في مركزه عند نقطة ما. الثقب الأسود، على حد علمي، هو كرة مثالية.
من يفهم ومن يدري؟
"الثقب الأسود في RX J1131-1231 يدور بسرعة تزيد عن نصف سرعة الضوء"
(من المثير للاهتمام أنني حددت المشكلة مثل أسلافي، آفي لوز، وقمت بإجراء عملية القص واللصق مثله تمامًا 🙂)
الجملة محيرة. يجب أن تدور سرعة اللون الأسود X مرات في الثانية. ولا علاقة لها بسرعة الضوء!
سؤال اخر
مما قرأته، نصف قطر الثقب الأسود هو صفر. إذًا كيف يفترض بك قياس "X مرات في الثانية؟" جادل نيوتن لصالح الحفاظ على الزخم الزاوي. إذا انهارت كتلة ما لتشكل ثقبًا أسود، فيجب أن تحافظ على الزخم الزاوي الذي كانت تمتلكه. لكن ماذا يعني الزخم الزاوي لجسم نصف قطره صفر؟ أستنتج من هذا أن نصف قطر الثقب الأسود له حجم موجب حقًا. دائما إيجابية وفي كل الظروف. هل هذا صحيح؟ هل أبدى أحد رأيه في هذا الموضوع؟
سؤال آخر - سؤال متابعة لما سبق:
اقتباس من المقال: "تتميز الثقوب السوداء بخاصيتين بسيطتين: الكتلة والدوران"
أعتقد أن هذا غير دقيق. ثلاث خصائص: الكتلة، والدوران، واتجاه الدوران. الزخم الزاوي له اتجاه ويتم الحفاظ على الاتجاه أيضًا. وهنا أيضًا توصلت إلى نتيجة مفادها أن نصف قطر الثقب الأسود هو مقدار موجب عند خط الاستواء، وقيمة صفر في اتجاه القطبين. (الأرض أيضًا مسطحة بسبب هذا المبدأ). فهل من أحد أبدى رأيه في هذه الأمور؟
شكرا لك على الإجابة المهنية. أنا بالطبع لست فيزيائيًا محترفًا.
حياة
"الثقب الأسود في RX J1131-1231 يدور بسرعة تزيد عن نصف سرعة الضوء."
في فهمي، "الدوران" هو الزخم الزاوي. وبالتالي وحداتها تختلف عن وحدات "السرعة"
آفي لوز
مدهش