الثقوب السوداء – النموذج الهيدروديناميكي المغناطيسي: تقدم مجموعة دولية من الباحثين من التخنيون والولايات المتحدة وإيطاليا واليونان تفسيرًا جديدًا لانبعاث الطاقة والرياح من الثقوب السوداء.
تنشر مجلة Nature Astronomy نموذجًا جديدًا يشرح الظواهر المميزة لبيئة الثقوب السوداء: الإشعاع ورياح البلازما. تم توقيع المقال من قبل باحثين من إسرائيل والولايات المتحدة وإيطاليا واليونان.
لقد تم بالفعل توقع وجود الثقوب السوداء كحدود لقوة الجاذبية الهائلة في نهاية القرن الثامن عشر من قبل الجيولوجي جون ميشيل وعالم الرياضيات بيير لابلاس، لكن النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين فقط هي التي سمحت بفهم حقيقي لهذه الظاهرة. وفي بداية القرن العشرين، اكتشف الفيزيائي كارل شوارزشيلد حل الثقب الأسود في معادلات أينشتاين، رغم أن أينشتاين نفسه رفض الإيمان بوجود الثقوب السوداء في الطبيعة. ومنذ ذلك الحين، حدثت تطورات مثيرة في هذا المجال، وعلى وجه الخصوص، تضاعفت الأدلة الرصدية الحاسمة على وجود الثقوب السوداء.
ومن الخصائص البارزة للثقوب السوداء الرياح القوية التي تهب في محيطها. يتم شرح طبيعة الأرواح والقوة التي تحركها بطرق مختلفة، وفي إحدى النظريات يتم وصف هذه الظاهرة من حيث المجالات المغناطيسية القوية والمنظمة. يوضح البحث الحالي أن نموذج الرياح المغناطيسية لا يفسر فقط رياح الثقوب السوداء الضخمة في مراكز المجرات، بل أيضًا رياح الثقوب السوداء الصغيرة التي تشبه النجوم إلى حد كبير.
في الثقافة الشعبية، تُصوَّر الثقوب السوداء على أنها مخلوقات مفترسة لكل شيء: فكل ما يقترب منها، حتى لو كان خفيفًا، يُبتلع ولا يُعرف أبدًا أنه اقترب منها. وفي حين أن هذه هي طبيعتهم بالفعل، فإن الحقيقة الفيزيائية الفلكية أكثر تعقيدًا. اتضح أن الثقوب السوداء لا تبتلع كل شيء في طريقها فحسب، بل تبعث أيضًا إشعاعات ورياح بلازما (البلازما عبارة عن غاز ساخن تم فيه انفصال الإلكترونات عن ذراتها). وتؤثر رياح البلازما، التي تتحرك بسرعات تتراوح بين 300 كيلومتر في الثانية وأكثر من 30,000 ألف كيلومتر في الثانية، بشكل كبير على بيئة الثقب الأسود والمجرة بأكملها.
أفق الحدث
تتشكل الثقوب السوداء عندما ينهار نجم ثقيل نسبيًا (أكثر من 3.5 كتلة شمسية) على نفسه نتيجة فقدان وقوده النووي. في نهاية الانهيار، تبقى "التفرد" - نقطة صغيرة ذات كتلة ضخمة. ويتغذى هذا الكيان الشره على الغاز الذي يجذبه من النجوم المجاورة، وبما أنه حتى الضوء الذي يبتلعه لا يستطيع الهروب منه، فإنه يسمى "الثقب الأسود".
ويفصل بين الثقب الأسود والمناطق المحيطة به حد كروي (تقريبًا) يسمى "أفق الحدث". كل ما يمر بأفق الحدث نحو مركز الثقب الأسود يُبتلع بالفعل هناك إلى الأبد، لكن حول أفق الحدث يتحرك، على شكل قرص، جزء من «الغاز المسروق» الذي تم امتصاصه من النجم المجاور. هذا هو "قرص الامتزاز" الذي ينبعث منه الكثير من الضوء، خاصة في نطاق الأشعة السينية - ولهذا السبب تسمى هذه الأنظمة أحيانًا ثنائيات الأشعة السينية - بالإضافة إلى رياح البلازما السريعة والنفاثات. تشكل هذه العملية في الثقوب السوداء العملاقة في مراكز المجرات أكبر الهياكل في الكون - المجرات وعناقيد المجرات - وتنتج جزءًا كبيرًا من الإشعاع المؤين في الكون.
في المقال الذي ينشره الآن البروفيسور إيهود باشر من كلية الفيزياء في التخنيون، والبروفيسور كييغو فوكومورا من جامعة جيمس ماديسون (JMU) وشركائهم، يتم تقديم أدلة رصدية على أن المجال المغناطيسي الناتج حول الثقب الأسود يلعب دورًا أساسيًا في تكوين قرص الامتصاص والرياح التي تنشرها. ويمتد هذا المقال ليشمل جميع الثقوب السوداء النموذج الهيدروديناميكي المغناطيسي الذي طوره الباحثون للثقوب السوداء العملاقة. وحقيقة أن نفس الوصف يناسب الثقوب السوداء بمختلف أحجامها، من كتلة شمسية إلى مليارات الكتل الشمسية، يشير إلى بنية مغناطيسية أساسية عامة موجودة في محيط الثقوب السوداء.
تم فحص النموذج الموصوف في المقالة بتفصيل كبير من خلال رسم خرائط لخطوط امتصاص الأشعة السينية المنبعثة من مجموعة متنوعة من الذرات الموجودة في رياح البلازما. ويوضح البروفيسور بيشر، الذي قاد التحليل الطيفي في الدراسة، أن "خطوط الامتصاص، التي نرسمها بناءً على خصائصها الحركية (التحول الأزرق)، تزودنا بمعلومات واسعة ومتعمقة حول تكوين الرياح وقوة الرياح". الطاقة في محيط الثقب الأسود. إنها تتيح لنا رسم خريطة كمية لكثافة الرياح ومستوى تأينها وطاقتها وسرعتها. وحقيقة أن نموذجًا بسيطًا نسبيًا للرياح المغناطيسية يصف الريح في تعقيدها يجعلها نموذجًا ناجحًا.
وفي الختام، يسلط المقال المنشور في مجلة Nature Astronomy الضوء على "سلوك" الثقوب السوداء وخاصة على آليات تأثيرها على بيئتها. يمتد النموذج الهيدروديناميكي المغناطيسي في هذه المقالة إلى الثقوب السوداء بمقياس الحجم الكامل - بدءًا من M☉10 إلى م☉109 (عندما م☉ هي كتلة الشمس).
لمقالة في علم الفلك الطبيعة انقر هنا
תגובה אחת
على حد علمي، هذا ليس نموذجًا نظريًا جديدًا ولكنه في الأساس تأكيد رصدي جديد وأكثر دقة لنموذج قديم ومعروف يتم وصفه بشكل أساسي بواسطة قرص الامتزاز والمجالات المغناطيسية التي ينشئها، والموصوفة في المقالة .