تغطية شاملة

كيف تلتهم الثقوب السوداء النجوم؟

تكشف التقنيات الجديدة كيف تمزق الثقوب السوداء الهائلة نجومًا بأكملها

عرض فني لثقب أسود هائل يتمزق ويبتلع نجمًا قريبًا. المصدر: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.
عرض فني لثقب أسود هائل يتمزق ويبتلع نجمًا قريبًا. مصدر: NASA / JPL-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

بقلم إس. برادلي سينكو، ونيل غيرلاز، تم نشر المقال بإذن من مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل وشبكة أورت إسرائيل 08.06.2017

  • إن النجم الذي يمر بالقرب من ثقب أسود هائل سوف يتمزق إلى أجزاء بفعل قوى المد والجزر ويبتلع داخل الثقب.
  • تسمح التلسكوبات الجديدة واسعة المجال لعلماء الفلك بدراسة هذه الأحداث المدمرة بالتفصيل.
  • والنتيجة هي تحسن كبير في فهمنا لكيفية تغذية الثقوب السوداء، وكيف يمكنها تسريع المادة إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء، وكيف يشكل نموها المجرات المحيطة بها.

في قلب مجرتنا درب التبانة، وفي قلب كل مجرة ​​كبيرة أخرى، يكمن لغز كوني عميق: ثقب أسود هائل. هذه الأجسام، التي تحشر ملايين إلى مليارات المرات من كتلة شمسنا في مناطق أصغر من نظامنا الشمسي، غريبة جدًا لدرجة أنها تبدو خارج هذا العالم تقريبًا. لا أحد يفهم بالضبط كيف تمكنت الطبيعة من ضغط الكثير من المادة في مثل هذا الحجم الصغير. ما هو واضح هو أن السود الهائلين يرسلون أذرعهم الجاذبية الخفية ويشكلون المجرات من حولهم، ويغيرونها بشكل عميق ومراوغ. ومن خلال دراسة نمو وسلوك هذه الثقوب السوداء الشبحية، يأمل العلماء في كشف الأسرار الكامنة وراء ولادة وتطور المجرات نفسها.

المشكلة هي أنه نظرًا لأن الأسود فائق الكتلة لا ينبعث منه أي ضوء على الإطلاق، فهو يقضي معظم وقته في حالة سبات ومخفي عن أعيننا. إنها لا تنبض بالحياة إلا عندما تأكل، لكن وجباتها نادرة بشكل مدهش: فمعظم الغاز والغبار والنجوم التي تدور حولها تقيم في مدارات مستقرة ولن تجتاحها أبدًا. ومع ذلك، فهم جائعون دائمًا، وكلما سقطت قطعة تستحق الشرف، يمكنك رؤية هذه الشراهة من مسافات بعيدة جدًا.

على مدى معظم الخمسين عامًا الماضية، لاحظ العلماء في الغالب نوعًا واحدًا فقط من الثقوب السوداء على العشاء: الكوازارات. هذه الأجرام السماوية فائقة السطوع اكتشفها عالم الفلك مارتن شميدت وفي عام 1963، أصبحت مراكز المجرات النشطة. ويمكن رؤيتهم حتى من أطراف الكون المرئي، وكل منهم يشع بنور أكثر سطوعًا من مليار شمس. يُعتقد أن النجوم الزائفة تتشكل عندما تنغمس سحب ضخمة من الغاز والغبار في ثقب أسود على مدى مئات وآلاف الملايين من السنين، مما يؤدي إلى ضغط وتسخين وإصدار الضوء أثناء دورانها حول فم الثقب الأسود. ومع ذلك، الكوازارات ليست كائنات مثالية للبحث. إنها أحداث متطرفة تحدث عادة على مسافات بعيدة عنا. وهي نادرة نسبيًا ولا تشكل سوى جزء صغير من عمر أي ثقب أسود فائق الكتلة. وبالتالي توفر الكوازارات رؤية محدودة، مما يترك علماء الفلك عمياء عن كيفية تغذية الثقوب السوداء الهائلة ونموها خلال الفترات الروتينية في الكون المحلي. كما قام العلماء بدراسة الثقوب السوداء فائقة الكتلة من خلال تسجيل سرعات النجوم التي تدور حولها، لكن هذه القياسات لا تعمل إلا مع الأجسام القريبة منا - في مجرة ​​درب التبانة أو في إحدى المجرات الأقرب إلينا - الأماكن التي توجد بها التلسكوبات لدينا قادرة على فصل النجوم المختلفة.

وفي عام 1988 اقترح عالم الفلك مارتن ريس وهناك طريقة ثالثة لدراسة الثقوب السوداء فائقة الكتلة، وهي الطريقة التي بدأت تؤتي ثمارها مؤخرًا. بدلًا من مراقبة التوهج المستمر للكوازارات أو سرعات النجوم العابرة، يمكن لعلماء الفلك البحث عن دفقات ضوئية قصيرة ومشرقة قادمة من حول الثقب الأسود. وتسمى هذه الانفجارات أحداث اضطراب المد والجزر (TDEs) ، تحدث عندما يلتهم نجم أسود هائل نجمًا محظوظًا. وبما أن هذه الأحداث تستمر لبضعة أشهر بدلاً من آلاف السنين، فإنها تسمح للباحثين بمتابعة عملية التناول من البداية إلى النهاية، وهي مشرقة بما يكفي لمراقبتها عند حدوثها في كل من المجرات البعيدة والقريبة.

كيفية تدمير النجم

يعد حدث اضطراب المد والجزر أكثر دراماتيكية من المد البحري اللطيف الذي قد يجرف مناشف الشاطئ الخاصة بك إلى الشاطئ، لكنها لا تختلف كثيرًا من حيث المبدأ. يحدث المد والجزر على الأرض بشكل رئيسي بسبب جاذبية القمر، والتي تسحب بقوة أكبر على جانب الأرض الأقرب إلى القمر. ويسمى هذا الفرق بين جاذبية القمر على الجانب القريب وعلى الجانب البعيد من الأرض قوة المد والجزر. هذه القوة ترفع الأحدب، الآلة المد والجزر، على الجانب المواجه للقمر، وأيضًا، على الرغم من أن الأمر قد يبدو غريبًا بعض الشيء، على الجانب الآخر من الأرض. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يخلق أيضًا منخفضًا مناظرًا في الأماكن الموجهة بزاوية 90 درجة من المحور بين الأرض والقمر. عندما يقترب نجم من ثقب أسود هائل، ربما بسبب دفع الجاذبية من نجم قريب، يمكن لقوى المد والجزر الهائلة أن تمزقه إلى أجزاء.

تعتمد تفاصيل نهاية النجم على حجم النجم الساقط وحجم الثقب الأسود الهائل. عظم مضغوط وصغير مثلا نجم قزم أبيض سيكون أكثر مناعة ضد قوى المد والجزر من نجم كبير ومتضخم وأشبه بالشمس. يبدو الأمر كما لو أن تقسيم كرة البولينج أصعب من تقسيم كتلة من حلوى القطن. أكبر الثقوب السوداء فائقة الكتلة، تلك التي تحتوي على مليارات الكتل الشمسية، أكبر من أن تخلق بسهولة أحداث اضطراب المد والجزر: فهي تبتلع النجوم في بطنها وركبها قبل أن تصبح قوى المد والجزر كبيرة بما يكفي لتمزيق تلك النجوم. ومع ذلك، فإن قوى المد والجزر المحيطة بثقب أسود تبلغ كتلته ملايين الكتل الشمسية، سوف تمزق معظم النجوم التي تقع على مسافة 50 مليون كيلومتر منه: وهي تقريبًا المسافة بين الكوكب الزئبق والشمس

قد تعتقد أن التفكك الكامل للنجم يبدو وكأنه مشهد مذهل، ولكن هذا مجرد بداية عرض الألعاب النارية. وبعد الاضطراب الأولي، سوف تتشتت بقايا النجم وتنحرف تدريجياً عن مدار النجم الأصلي. تملي آليات الدوران الأساسية أن حوالي نصف البقايا سوف تنفجر على شكل أشعة طويلة من المواد المتدفقة من المنطقة القريبة من الثقب الأسود، بينما النصف الآخر سوف يلتف للخلف ويتشكل قرص الامتزاز: هيكل من الحلقات الحلزونية التي تتدفق في حركة قمع إلى داخل الثقب الأسود. عندما تسقط المادة من القرص، فإنها تتسارع تقريبًا إلى سرعة الضوء وتنبعث منها الضوء عندما تضغطها قوى الجاذبية والاحتكاك وتسخنها إلى درجات حرارة تقترب من 250,000 ألف درجة مئوية. على مدى أسابيع أو أشهر، سيؤدي حدث اضطراب المد والجزر النموذجي إلى ظهور ثقب أسود، حتى ذلك الحين خامل وغير مرئي، يتفوق لفترة وجيزة على جميع النجوم في مجرته.

الاكتشافات الأولى

على الرغم من أن المنظرين توقعوا منذ عقود وقوع أحداث اضطراب المد والجزر، إلا أن علماء الفلك لم يكتشفوا أي أحداث من هذا القبيل حتى التسعينيات وأوائل القرن الحادي والعشرين. يرجع هذا التأخير جزئيًا إلى ندرة أحداث اضطراب المد والجزر: فمن المقدر أنها تحدث مرة كل 90 عام في مجرة ​​مشابهة لمجرة درب التبانة. كما قد يكون من الصعب رؤيتهم. وفقا لنماذج نظرية بسيطة، فإن توهج القرص المتنامي الذي يتشكل بعد حدث اضطراب المد والجزر سوف يصل إلى ذروته في مناطق الطيف الكهرومغناطيسي المعروفة باسم الأشعة السينية الناعمة أو الأشعة فوق البنفسجية البعيدة: أطوال موجية يصعب رصدها من الأرض بسبب التداخل الناتج عن الغبار بين النجوم والغلاف الجوي للأرض. تثير النماذج نفسها أيضًا احتمال أن يتمكن علماء الفلك من استخدام حدث اضطراب المد والجزر للحصول على تقديرات دقيقة نسبيًا لكتلة الثقب الأسود المصاحب للحدث، وهو رقم أساسي إذا أردنا معرفة كيف يغير حجم الثقب الأسود سلوكه بالضبط. وتأثيراتها على بيئتها المجرية. لقياس كتلة الثقب الأسود، يمكن لعلماء الفلك ببساطة قياس المدة التي يستغرقها حدث اضطراب المد والجزر الذي أحدثه للوصول إلى ذروة سطوعه (وهو رقم يكشف مدى سرعة تشكل قرص التراكم وتغذية الثقب الأسود). ونظرًا لأن أحداث اضطراب المد والجزر شديدة السطوع، فيمكن للباحثين تحديد كتل مجموعة واسعة من الثقوب السوداء بدقة، وهو نطاق أوسع مما هو ممكن مع أي ظاهرة أخرى معروفة.

يتم إنشاء الأضواء الكونية التي تسمى الكوازارات بواسطة ثقوب سوداء فائقة الكتلة تبتلع الغاز، لكنها نادرة وبعيدة وبطيئة جدًا بحيث لا يمكنها الكشف بشكل كامل عن كيفية تغذية الثقوب السوداء فائقة الكتلة. يمكننا الحصول على تفاصيل أكثر أهمية إذا لاحظنا ثقوبًا سوداء تلتهم نجومًا بأكملها. الصورة: NASA/JPL-Caltech.
يتم إنشاء الأضواء الكونية التي تسمى الكوازارات بواسطة ثقوب سوداء فائقة الكتلة تبتلع الغاز، لكنها نادرة وبعيدة وبطيئة جدًا بحيث لا يمكنها الكشف بشكل كامل عن كيفية تغذية الثقوب السوداء فائقة الكتلة. يمكننا الحصول على تفاصيل أكثر أهمية إذا لاحظنا أن الثقوب السوداء تلتهم نجومًا بأكملها.. المحاكاة: NASA / JPL-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

تم العثور على أول المرشحين لأحداث اضطراب المد والجزر في بيانات التلسكوب الفضائي روسات، الماسح الضوئي للأشعة السينية، وGALEX، الماسح الضوئي في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. وظهرت الحالات الموثقة كأحداث عاطفية استمرت من أسابيع إلى أشهر، ونشأت في مراكز المجرات التي كانت خاملة حتى ذلك الحين. كانت هذه الاكتشافات، التي كانت أول ظهور لظاهرة تم التنبؤ بها قبل سنوات عديدة، ذات أهمية خاصة لأنها ساعدت في إنشاء مجال بحثي جديد تمامًا. ومع ذلك، نظرًا لأن مثل هذه الأحداث تم العثور عليها في الغالب في البيانات القديمة، لم يتمكن علماء الفلك من دراستها عبر عدة أطوال موجية في الوقت الفعلي لاستخراج أعمق أسرارها. لالتقاط أحداث اضطراب المد والجزر فور حدوثها، يجب أن يكون علماء الفلك محظوظين للغاية، أو بدلاً من ذلك، أن يكونوا قادرين على مسح مساحات شاسعة من السماء بشكل مستمر.

وبقدر ما شاء القدر، فإن التقدم المطرد في السنوات العشر الماضية في مجالات تخزين البيانات وأجهزة الاستشعار جعل مثل هذه المسوحات الطموحة ممكنة. يمكن للكاميرات الضوئية من الدرجة الأولى اليوم التصوير ارتفاع مربع أو أكثر من السماء في صورة واحدة، قفزة توازي الوضع الذي يمكن فيه للمرء فجأة رؤية السماء بمساعدة عدسة بانورامية بعد سنوات من دراستها من خلال النظر من خلال ثقب في قشة الشرب. من خلال مسح مساحات كبيرة من السماء بشكل متكرر ودمج الصور الناتجة رقميًا لاستخراج ميزات باهتة وعابرة، يمكن لعلماء الفلك الآن اكتشاف ودراسة أحداث اضطراب المد والجزر ومجموعة كبيرة من الظواهر الفيزيائية الفلكية العابرة الأخرى بسهولة أكبر. هذه المسوحات الجديدة واسعة النطاق، بأسماء مثل تلسكوب المسح البانورامي ونظام الاستجابة السريعة (Pan-STARRS)، ومسح بالومار السينوبتيكي للسماء (Pan-STARRS)،TFP)، والمسح الشامل الآلي للسماء للبحث عن المستعرات الأعظم (أساس-SNتم تصميمها في المقام الأول للكشف عن المستعرات الأعظم والكويكبات، لكنها تستطيع أن تفعل أكثر من ذلك بكثير. ولأنها تستطيع تصوير ملايين المجرات كل ليلة، فهي أيضًا حساسة للأحداث العابرة الأكثر غرابة، مثل أحداث اضطراب المد والجزر.

أسئلة جديدة لعصر جديد

في عام 2010، بعد وقت قصير من بدء Pan-STARRS في مسح السماء، قام فريق بقيادة عالم الفلكسوبي جزاري، حدث اضطراب المد والجزر يسمى PS1-10jh، والذي حدث حول ثقب أسود بحجم حوالي مليوني كتلة شمسية في مجرة ​​تبعد 2.7 مليار سنة ضوئية عن الأرض. نظرًا لأنه تم اكتشاف حدث اضطراب المد والجزر هذا بعد وقت قصير من جمع البيانات، كانت جازاري وزملاؤها الأوائل في العالم الذين تمكنوا من مشاهدة مثل هذا الحدث يتكشف أمام أعينهم في الضوء المرئي، ثم في الأشعة فوق البنفسجية. وما رأوه أصابهم بالدهشة.

واستنادًا إلى قياسات دقيقة لطيف حدث اضطراب المد والجزر هذا، يبدو الجو باردًا جدًا. وكانت درجة حرارته، التي تبلغ حوالي 30,000 ألف درجة مئوية، أقل بثماني مرات مما تنبأت به معظم النظريات الأساسية للأقراص التراكمية. علاوة على ذلك، بدلًا من أن يتلاشى خلال أسابيع قليلة عندما يبرد قرص الامتزاز الخاص به ويتبدد، حافظ PS1-10jh على درجة حرارة ثابتة لعدة أشهر بعد اكتشافه لأول مرة. والأغرب من ذلك: أن مسح Pan STARRS اكتشف في التوهج المتبقي بعد الحدث علامات الهيليوم المتأين، وهي ظاهرة لا يمكن أن تحدث إلا عند درجات حرارة أعلى بكثير من 100,000 درجة مئوية. وبينما بدا حدث اضطراب المد والجزر غنيًا بالهيليوم، فقد بدا أيضًا خاليًا من الهيدروجين، وهو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون والمكون الرئيسي للنجوم. جلس المنظرون للعمل واختبار ما يمكن أن يؤدي إلى مثل هذه النتائج المربكة.

إن التحقيق في أحداث اضطراب المد والجزر يسمح لعلماء الفلك بالتعرف ليس فقط على الثقوب السوداء، ولكن أيضًا على النجوم التي تتمزق على بعد مليارات السنين الضوئية.

لتفسير غياب الهيدروجين في PS1-10hj، اقترح فريق Pan-STARRS أن النجم المعطل قد فقد غلافه الهيدروجيني السميك في مرحلة ما من ماضيه، ربما بعد تفاعل سابق مع الثقب الأسود، لذا فإن كل ما تبقى قد تم تدميره. كان تغذية قرص التراكم المرصود هو جوهره الغني بالهيليوم. ومع ذلك، فإن هذا الاحتمال وحده لا يمكن أن يفسر التناقضات الحرارية الغريبة لحدث اضطراب المد والجزر: درجة حرارته المنخفضة بشكل مدهش من ناحية، ووفرة الهيليوم، المتأينة بدرجات حرارة أعلى بكثير، من ناحية أخرى. ولحل اللغز، افترض نظريون آخرون أنه في الواقع، لم يتم رصد القرص التراكمي المحيط بالثقب الأسود PS1-10hj بشكل مباشر. وبدلاً من ذلك، افترضوا أن علماء الفلك لا بد أنهم لاحظوا طبقة من الغاز تغلف المنطقة بعيدًا عن الثقب الأسود، وتمتص الإشعاع القوي الناتج عن القرص التراكمي، وتعيد إصداره عند درجات حرارة أقل. يتمتع هذا الحجاب بميزة أخرى: فهو يفسر سبب عدم العثور على الهيدروجين على ما يبدو هناك، دون الحاجة إلى نواة غريبة غنية بالهيليوم لإحداث اضطراب المد والجزر. ونظرًا لدرجة الحرارة المناسبة والكثافة العالية إلى حد ما، يمكن لمثل هذا الحجاب من حيث المبدأ أن يخفي وجود الهيدروجين، بحيث لا يكون من الممكن رؤيته مباشرة.

وكانت المشكلة الوحيدة هي أن الشاشة السميكة من الغاز لن تكون مستقرة على المسافة المطلوبة من الثقب الأسود المركزي في المجرة. في نهاية المطاف، سوف يسقط الغاز مع مرور الوقت في الثقب الأسود أو يتبدد حتى يصبح غير مرئي. لا تزال الأصول الغامضة لهذه المادة خاضعة لأبحاث ونقاشات مكثفة، لكنها تندرج بشكل عام ضمن احتمالين، كلاهما يتعلق بديناميكيات تغذية الثقب الأسود. عندما تدور بقايا نجم معطل حول ثقب أسود وتشكل قرصًا متناميًا، قد تنتقل موجات الصدمة إلى الخارج بعيدًا عن القرص، مما يمنع بعض الحطام الموجود على الحافة من السقوط على الفور، وبالتالي يخلق شاشة مؤقتة من المادة. الاحتمال الآخر هو أن القرص المتراكم الناتج عن حدث اضطراب المد والجزر حديث الولادة قد يسكب في البداية الكثير من المواد إلى الداخل بحيث يتجاوز لفترة وجيزة قدرة التغذية للثقب الأسود، مما يخلق رياحًا مؤقتة أو تدفقات خارجية عند حافة الثقب الأسود، وتكتسح بعيدًا عن بقايا النجم، إلى ما وراء قرص التراكم، إلى مسافات أكبر بكثير.

بينما حاول علماء الفلك فرز هذه الاحتمالات المربكة لـ PS1-10hj وأحداث اضطراب المد والجزر الجديدة التي تم اكتشافها بعد فترة وجيزة، أصبح هناك شيء واحد واضح تمامًا: أحداث اضطراب المد والجزر هي ظاهرة أكثر تعقيدًا بكثير مما كان يعتقده أي شخص. ولكن المفاجأة الكبرى كانت لا تزال تنتظرنا.

الضربات السريعة في ذهول

وجاءت المفاجأة في ساعات ما قبل فجر يوم 28 مارس 2011، مع إرسال تنبيه تلقائي إلى أجهزة الاستدعاء والهواتف المحمولة لفريق متخصص من علماء الفلك حول العالم. القمر الاصطناعي سويفت اكتشف في تلك اللحظة نبضة من الإشعاع عالي الطاقة من أعماق الفضاء. Swift، الذي بنته وكالة ناسا بالتعاون مع معاهد بحثية في إيطاليا وإنجلترا، هو تلسكوب فضائي سريع التفاعل مصمم لدراسة جميع أنواع الأجسام المتفجرة عبر السماء. لكن هدفها الرئيسي هو انفجارات أشعة جاما (GRB) ، الانفجارات بين النجوم المدمرة التي تعتبر ألمع الأحداث الفيزيائية الفلكية في الكون. في كل مرة تتسرب فيها موجة من أشعة جاما إلى أجهزة استشعار سويفت، يعيد التلسكوب نفسه بسرعة لمراقبة مصدر الإشعاع في الأشعة السينية والضوء المرئي، مما يؤدي إلى إطلاق سلسلة معقدة من الأحداث على الأرض. وبعد دقائق من تحذير سويفت، يهرع علماء الفلك للسيطرة على أكبر وأقوى التلسكوبات للبحث عن الشفق الخافت الشبيه بالجمر المرتبط بأشعة جاما، قبل أن يتلاشى ويختفي عن الأنظار إلى الأبد. منذ إطلاق سويفت في عام 2004، اكتشف أكثر من 1,000 انفجار من أشعة غاما، ولكن كما تبين، فإن هذا الحدث بالذات، الذي سمي فيما بعد سويفت J1644+57، كان على عكس أي شيء شاهده القمر الصناعي من قبل.

محاكاة لحدث Swift J1644+57. المصدر: ناسا/مركز جودارد لرحلات الفضاء.
محاكاة لحدث Swift J1644+57. مصدر: ناسا / مركز غودارد لرحلات الفضاء.

وكما يتضح من عدد انفجارات أشعة جاما، فإنها تميل إلى أن تكون قصيرة، وعادة ما تستمر من جزء من الثانية إلى بضع دقائق. عندما وجهنا تلسكوباتنا نحو Swift J1644+57 في ذلك الصباح المريخي المبكر، توقعنا أن نرى التوهج المعتاد الباهت المتبقي من انفجار أشعة جاما قصير العمر. وبدلاً من ذلك، رأينا توهجًا ساطعًا وهائجًا لأشعة جاما استمر لمدة يوم، تلاه أشهر من انبعاثات الأشعة السينية القوية ولكن المتلاشية. وسرعان ما اكتشفنا أن مصدر الانفجار كان مجرة ​​تبعد 3.8 مليار سنة ضوئية تقع في كوكبة التنين. أحد زملائنا، جوشوا س. بلوم من جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أثار احتمال أننا نشهد حدث اضطراب المد والجزر، وتنبأ، وهو توقع تبين أنه صحيح، بأن مصدر أشعة جاما هذا سيتم العثور عليه في مركز المجرة، موطنها. إلى الثقوب السوداء الهائلة. ولكن بالمقارنة مع جميع أحداث اضطراب المد والجزر السابقة التي تم اكتشافها عند أطوال موجية أطول وأقل طاقة، وهي الأطوال الموجية التي لوحظ عندها الانبعاث الحراري من القرص التراكمي لنجم ممزق، كان هذا الحدث مختلفًا تمامًا.

كيف يمكن لحدث اضطراب المد والجزر أن ينتج أشعة جاما؟ أفضل إجابة يمكن أن نقدمها لهذا السؤال هي أنه عندما يأكل السود، فإنهم يصنعون الكثير من الأوساخ. يمكن للثقب الأسود أن يلتهم معظم غاز النجم المعطل ويحتجزه إلى الأبد خلفه أفق الحدث (الحد الذي تتجاوزه جاذبية الثقب الأسود يكون كبيرًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب منه). ومع ذلك، على ما يبدو، فإن جميع الثقوب السوداء تدور أيضًا، وهذا الدوران يمكن أن يصد نسبة قليلة من إجمالي غاز النجم الذي تعرض لاضطرابات باتجاه قطبي الثقب الأسود، خارج أفق الحدث، وهناك سيتسارع الغاز ويتم إخراجها على شكل شعاع من حزم الجسيمات المتوازية تتحرك بسرعة الضوء تقريبًا. تنبعث هذه الحزم السريعة من أشعة غاما والأشعة السينية أثناء تسابقها عبر الكون. على ما يبدو، سقط سويفت بطريق الخطأ في مدار شعاع سويفت J1644+57. وكان محظوظاً: فمن الواضح أن اضطرابات المد والجزر لا تولد مثل هذه الفيضانات النسبية، ومعظم تلك الفيضانات لا تعبر خط رؤيتنا.

ألهم اكتشاف Swift J1644+57 فريق Swift لتوحيد الجهود والبدء في البحث عن المزيد من الأحداث. بالفعل في بداية عام 2017، تم اكتشاف حدثين آخرين من اضطراب المد والجزر ينبعث منهما نفاثات من أشعة جاما. هذه الظواهر هي أعنف وأندر صرخات موت النجوم، وهي طريقة جديدة للتحقيق في أحد المواضيع في طليعة الأبحاث في الفيزياء الفلكية عالية الطاقة: إنشاء وسلوك نفاثات الجسيمات النسبية.

موت العوالم

سواء من خلال الانبعاثات الحرارية التي تسحق امتصاص البقايا النجمية أو بمساعدة تدفقات أشعة جاما القادمة من النفاثات النسبية لثقب أسود يلتهم نجمًا، تفتح أحداث اضطراب المد والجزر نافذة جديدة لسلوك وتطور الثقوب السوداء فائقة الكتلة. وبيئتهم. والأهم من ذلك، على عكس النفاثات والأقراص التراكمية للكوازارات، والتي تكون أكبر بكثير وتدوم لفترة أطول بكثير وتنشأ عن سحب ضخمة من الغاز تغوص بشكل غير منظم في ثقب أسود هائل على فترات زمنية طويلة جدًا، فإن أحداث اضطراب المد والجزر هي أحداث قصيرة ونظيفة يمكن دراستها بسهولة أكبر. لن يعيش أي إنسان طويلًا بما يكفي ليشهد دورة الحياة الكاملة لكوازار واحد، لكن علماء الفلك اكتشفوا ودرسوا بالفعل أكثر من 20 حدثًا من أحداث اضطراب المد والجزر من البداية إلى النهاية. ومن بين تفاصيل هذه الكوارث النجمية، تمكنوا من تمييز الشذوذات التناقضية التي تتطلب مزيدًا من الدراسة. من خلال القياس الدقيق لتقلبات الومضات القادمة من أحداث اضطراب المد والجزر، يتعلم علماء الفلك ليس فقط عن الثقوب السوداء ولكن أيضًا عن تفاصيل المكونات والهياكل الداخلية للنجوم التي تتمزق على بعد مليارات السنين الضوئية.

وقد يتعلمون في النهاية أيضًا عن رفاق النجوم: الكواكب التي ابتلعت أيضًا الثقوب السوداء مع شموسها. كل وميض وامض من مركز مجرة ​​بعيد قد يكون إشارة تشير إلى موت عوالم بأكملها. وجدت الدراسات الاستقصائية للنجوم في مجرتنا أن كل نجم تقريبًا لديه كواكب حوله. ومن المحتمل أيضًا أن تصاحب الكواكب معظم، وربما كل النجوم في المجرات الأخرى، بما في ذلك تلك التي وقعت ضحية اضطراب المد والجزر. وحتى لو لم يتم ابتلاع هذه الكواكب بشكل مباشر، فمن الممكن أن تجد نفسها في مدار نفاثات نسبية عابرة ناجمة عن بعض أحداث اضطراب المد والجزر، والتي تصل إلى سنوات ضوئية أبعد من الثقب الأسود الذي ولدها. والحياة في أي نظام كوكبي محظوظ بما فيه الكفاية لامتصاص مثل هذا الشعاع سوف تنقرض بسرعة. في يوم من الأيام، قد يشهد علماء الفلك حدث اضطراب مد وجزر في الفناء الخلفي لمنزلنا، عندما يشتعل الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته أربعة ملايين كتلة شمسية والكامن في مركز مجرتنا درب التبانة الفقير بالغاز، إلى الحياة عندما يبتلع بعض النجوم الضالة. مثل هذا الحدث سيكون ساطعًا جدًا ولكنه لن يعرضنا للخطر على الإطلاق، حيث إن بعدنا عن مركز المجرة كبير جدًا، لذا فإن أخطر عواقب أحداث اضطراب المد والجزر لا يمكن أن تصل إلينا.

تبشر المسوحات الجديدة والأكثر قوة، والتي من المتوقع أن تبدأ في المستقبل، بعصر جديد من اكتشافات اضطرابات المد والجزر. تلسكوب المسح السينوبتيكي الكبير (LSST)، وهو تلسكوب يبلغ قطره ثمانية أمتار قيد الإنشاء حاليًا في تشيلي، ويغطي مجال رؤيته 10 درجات مربعة من السماء، وسوف يكشف بنفسه عن الآلاف من هذه الانفجارات في غضون عشر سنوات من إطلاقه. في بعض النواحي، سيكون الجانب الأكثر تحديًا لعلماء LSST هو فرز وفرز العدد الهائل من اكتشافات الظواهر العابرة. المراصد الراديوية المستقبلية مثل مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA) التي يجري بناؤها حاليا في أستراليا وجنوب أفريقيا ستكون مناسبة بشكل خاص للكشف عن الطائرات النسبية، حتى لو كانت هذه الطائرات "خارج المحور"، مما يعني أن شعاعها غير موجه مباشرة على طول خط رؤيتنا. في المستقبل غير البعيد، قد يقوم علماء الفلك بتجميع كتالوج لأحداث اضطراب المد والجزر التي ستحتوي على الآلاف والآلاف من الإدخالات، وهو مبلغ لا يمكن لأحد في العالم استكشافه طوال حياته، وسوف يلقي ضوءًا جديدًا على الجماهير وسلوكيات تلك الأشباح الجائعة والمراوغة، تلك الثقوب السوداء الفائقة - الهائلة التي تسكن قلب المجرات في كل أنحاء الكون، ولولا مثل هذه الظواهر لما تمكنا من الوصول إليها. إن هذا المجمع الغني والمتنامي من المعرفة يمكن أن يكون مصدرًا لمزيد من الاكتشافات الثورية، التي لم نحلم بها أبدًا.

تعليقات 5

  1. للمؤمنين - النعمة الصحيحة هي: "طوبى لنا أن دخنا الثقوب السوداء والثقوب السوداء المجوفة..."
    تنتهي كل المعرفة البشرية في مكان ما في أفق الحدث وما وراءه مجرد تخمين، فلا يوجد مكان ولا وقت ولا قوانين فيزيائية.
    ربما وضع الله الثقوب السوداء في السماء ليُظهر للإنسان مدى عدم فهمه.

ترك الرد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها *

يستخدم هذا الموقع Akismat لمنع الرسائل غير المرغوب فيها. انقر هنا لمعرفة كيفية معالجة بيانات الرد الخاصة بك.