قياس "أيام الضوء"، والنظر في الثقب الأسود
بقلم أفيشاي جال يام
وتقوم مجموعة بحثية من جامعة تل أبيب منذ عدة سنوات بالتحقيق في خصائص الثقوب السوداء الموجودة في مراكز ما يسمى بالمجرات "النشيطة". هذه هي المجرات التي ينبعث منها الكثير من الإشعاع، والذي يفترض عادة أنه ينشأ من مادة تسقط في الثقب الأسود الموجود في مركزها.
قام الدكتور شاي كاسبي والبروفيسور حجاي نيتزر والبروفيسور دان ماعوز من جامعة تل أبيب بمراقبة المجرات النشطة في السنوات الأخيرة باستخدام تلسكوب مرصد فايس في متسبيه رامون. وفي مقال نشر هذه الأيام في "مجلة الفيزياء الفلكية" وهو جزء من أطروحة الدكتوراه لكاسبي، وهو طالب البروفيسور نيتزر، يقدم أعضاء المجموعة تحليل النتائج من سبع سنوات من الملاحظات. وتمكن أعضاء المجموعة، باستخدام طريقة تعرف باسم "رسم الخرائط الصدى"، من قياس كتلة 17 ثقبًا أسودًا كبيرًا للغاية تقع في مراكز المجرات النشطة.
يعتمد أسلوب البحث على تتبع نوعين من الإشعاعات القادمة من منطقة الثقب الأسود. النوع الأول يسمى "الإشعاع المستمر": وهو إشعاع يتكون من سلسلة من الترددات - تبدأ بالأشعة تحت الحمراء وتنتهي بأشعة إكس. والمادة التي تصل إلى جوار الثقب الأسود تدور حوله وتسقط فيه بشكل دوامي. هيكل يسمى "قرص الامتزاز". ومن الشائع افتراض أن معظم الإشعاع المستمر ينبعث من هذا القرص.
النوع الثاني من الإشعاع يسمى "الإشعاع الخطي". يتضمن هذا الإشعاع فقط ضوءًا من ألوان معينة - إشعاع بترددات مميزة لعناصر مختلفة، مثل الهيدروجين والأكسجين. والافتراض المقبول هو أن الإشعاع الصادر من قرص الامتصاص يضرب السحب الغازية الموجودة على مسافة معينة من الثقب الأسود ويحفزها على انبعاث الإشعاع الخطي.
ومن خلال مراقبة المجرات النشطة نعلم أن شدة الإشعاع الصادر منها يختلف بشكل كبير من وقت لآخر. عندما تتغير شدة الإشعاع المستمر من القرص، يؤدي ذلك أيضًا إلى تغير في شدة الإشعاع الخطي، الذي يتم استثارته بواسطة الإشعاع المستمر. ومع ذلك، فإن هذا التغيير ليس فوريًا: فالضوء المنبعث من القرص يستغرق عدة أيام ليقطع المسافة بين قرص الامتصاص والسحب التي تبعث الخطوط - وتبعد هذه السحب عدة "أيام ضوئية" عن المركز (اليوم الضوئي هو المسافة ويسافر بالضوء الذي يتحرك بسرعة 300 ألف كيلومتر في الثانية لمدة يوم واحد).
وهكذا، فقط بعد مرور بعض الوقت يمكن ملاحظة أن إشعاع الخطوط قد تغير وفقًا للتغير في إشعاع السلسلة المتصلة. وهذا يشبه عودة الموجات الصوتية - الصدى - من جدران مبنى بعيد، أو من التلال الموجودة على الجانب الآخر من الوادي، بعد فترة زمنية معينة حسب المسافة. يتيح الرصد المطول لشدة الإشعاع المتصل وإشعاع الخطوط للباحثين قياس الفجوة الزمنية بين التغيرات في الإشعاع المتصل والتغيرات الناتجة في إشعاع الخط، والاستنتاج منه المدة التي يستغرقها الضوء للوصول منطقة الثقب الأسود إلى السحب التي تنبعث منها خطوط. وبما أن سرعة الضوء معروفة، فإن قياس هذه المدة يعادل قياس المسافة بين السحب الباعثة للخط والثقب الأسود. وبالإضافة إلى هذا القياس، فإن القياس الدقيق للخطوط يسمح بتحديد السرعة التي تحيط بها سحب الغاز التي تنبعث منها الخطوط بالثقب الأسود.
ومن خلال الجمع بين البيانات التي جمعها الباحثون عن المسافة بين السحب الغازية والثقب الأسود وسرعة حركتها حوله، يستنتج الباحثون كتلة الثقب الأسود باستخدام قوانين كيبلر – القوانين التي وضعها عالم الفلك يوهانس كيبلر في القرن السادس عشر لوصف حركة الكواكب حول الشمس.
ويتضمن العمل الذي نشره مؤخراً باحثون من جامعة تل أبيب (التي تضم أيضاً باحثين أميركيين) أكبر وأشمل عينة تمت دراستها حتى الآن. وبمساعدة تحليل البيانات، تمكن الباحثون من الإشارة إلى وجود صلة بين كتلة الثقب الأسود والطاقة المنبعثة من مركز المجرة، وهو رابط مهم في فهمهم لعمليات خلق الثقوب السوداء في المجرات. والكون.
وتشكل نتائج البحث تقدما كبيرا في وصف الارتباطات بين خصائص الثقوب السوداء العملاقة وخصائص الإشعاع المنبعث من محيطها، والتي يمكن اكتشافها من خلال عمليات الرصد. هذه النتائج تقرب العلماء خطوة أخرى من فهم الظروف المادية في هذه البيئة غير العادية.
{ظهر في صحيفة هآرتس بتاريخ 22/5/2000}
