يُعد التحقق من معدل الدوران على ثقب أسود فائق الكتلة طريقة رائعة لعلماء الفلك لاختبار نظرية آينشتاين في الظروف القاسية - وإلقاء نظرة فاحصة على كيفية تشويه الجاذبية الشديدة لنسيج الزمكان. الآن ، تخيل وحشًا ... وحشًا تبلغ كتلته حوالي 2 مليون مرة من شمسنا ، ويبلغ قطره مليوني ميل ويدور بسرعة كبيرة بحيث يكاد يكسر سرعة الضوء.
الخيال؟ ليس بالكاد. إنه ثقب أسود فائق الكتلة يقع في مركز المجرة الحلزونية NGC 1365 - وهو على وشك أن يعلمنا المزيد عن كيفية نضوج الثقوب والمجرات السوداء.
ما الذي يجعل الباحثين واثقين جدًا من أنهم أجروا حسابات نهائية لمعدل دوران مذهل في مجرة بعيدة؟ بفضل البيانات المأخوذة من مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي ، أو نوستار ، وسواتل الأشعة السينية XMM-Newton التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، أطل فريق العلماء على قلب NGC 1365 بعيون بالأشعة السينية - مع ملاحظة الموقع من أفق الحدث - حافة حفرة الغزل حيث يبدأ جر المساحة المحيطة في فم الوحش.
قالت فيونا هاريسون ، الباحثة الرئيسية في نوستار من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في باسادينا: "يمكننا تتبع المادة وهي تدور في ثقب أسود باستخدام الأشعة السينية المنبعثة من مناطق قريبة جدًا من الثقب الأسود". "الإشعاع الذي نراه يشوه ويشوه بواسطة حركات الجسيمات والثقب الأسود القوي للغاية."
ومع ذلك ، لم تتوقف الدراسات عند هذا الحد ، فقد تقدمت إلى الحافة الداخلية لتشمل موقع قرص التنامي. هنا هو "المدار الداخلي المستقر الداخلي" - نقطة المثل اللاعودة. ترتبط هذه المنطقة بشكل مباشر بمعدل دوران الثقب الأسود. نظرًا لأن الزمكان مشوه في هذه المنطقة ، يمكن لبعضه الاقتراب أكثر من ISCO قبل سحبه. ما يجعل البيانات الحالية مقنعة للغاية هو رؤية أعمق في الثقب الأسود من خلال مجموعة أوسع من الأشعة السينية ، مما يسمح لعلماء الفلك أن يروا ما وراء غيوم الغبار المحجبة التي لا تخلط بين القراءات السابقة. تظهر لنا هذه النتائج الجديدة أن الغبار ليس هو الذي يشوه الأشعة السينية - ولكن الجاذبية الساحقة.
قال المؤلف الرئيسي غيدو ريساليتي من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية (CfA) ومرصد INAF - مرصد Arcetri: "هذه هي المرة الأولى التي يقيس فيها أحد بدقة دوران ثقب أسود فائق الكتلة".
قال نوربرت شارتل ، عالم مشروع XMM-Newton في المركز الأوروبي لعلم الفلك في مدريد: "لو كان بإمكاني إضافة أداة واحدة إلى XMM-Newton ، لكان من الممكن أن يكون تلسكوبًا مثل NuSTAR". "قدمت الأشعة السينية عالية الطاقة قطعة لغز أساسية مفقودة لحل هذه المشكلة."
على الرغم من أن الثقب الأسود المركزي في NGC 1365 هو وحش الآن ، إلا أنه لم يبدأ كواحد. مثل كل الأشياء ، بما في ذلك المجرة نفسها ، تطورت مع مرور الوقت. اكتسبت على مدى ملايين السنين في الطوق لأنها استهلكت النجوم والغازات - وربما حتى الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى على طول الطريق.
وأوضح ريساليتي أن "دوران الثقب الأسود هو ذاكرة ، سجل ، للتاريخ الماضي للمجرة ككل".
"تتكون هذه الوحوش ، التي تبلغ كتلتها من ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس ، كبذور صغيرة في الكون المبكر وتنمو عن طريق ابتلاع النجوم والغاز في المجرات المضيفة ، وتندمج مع ثقوب سوداء عملاقة أخرى عندما تصطدم المجرات ، أو كليهما قال المؤلف الرئيسي للدراسة ، غيدو ريساليتي من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، والمعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية.
وقد أظهر لنا هذا الدوران الجديد حول الثقوب السوداء أن الوحش يمكن أن يخرج من "التراكم المنظم" - وليس مجرد أحداث عشوائية متعددة. سيواصل الفريق دراساته لمعرفة كيف تتغير عوامل أخرى غير دوران الثقب الأسود بمرور الوقت ويستمر في مراقبة العديد من الثقوب السوداء الهائلة الأخرى مع NuSTAR و XMM-Newton.
قال Lou Kaluzienski ، عالم برنامج NuSTAR في المقر الرئيسي لوكالة ناسا في واشنطن العاصمة: "إن هذا مهم للغاية في مجال علم الثقب الأسود. عالج تلسكوب ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية هذه المشكلة معًا. بالتوازي مع ملاحظات الأشعة السينية ذات الطاقة المنخفضة التي يتم إجراؤها باستخدام XMM-Newton ، فإن قدرات NuSTAR غير المسبوقة لقياس الأشعة السينية ذات الطاقة العالية قدمت قطعة لغز أساسية مفقودة لحل هذه المشكلة ".
مصدر القصة الأصلي: بيان صحفي JPL / NASA.
