يكشف علماء الفلك عن مجالات مغناطيسية قوية تتصاعد عند حافة الثقب الأسود المركزي في درب التبانة

صورة جديدة من تعاون Event Horizon Telescope (EHT) الذي يضم علماء من مركز الفيزياء الفلكية | كشفت جامعة هارفارد وسميثسونيان (CfA) عن مجالات مغناطيسية قوية ومنظمة تتصاعد من حافة الثقب الأسود الهائل Sagittarius A* (Sgr A*).

كشفت هذه الصورة الجديدة للوحش الكامن في قلب مجرة ​​درب التبانة، والتي شوهدت في الضوء المستقطب لأول مرة، عن بنية مجال مغناطيسي مشابهة بشكل لافت للنظر لتلك الموجودة في الثقب الأسود في مركز المجرة M87، مما يشير إلى وجود مجال مغناطيسي قوي. قد تكون الحقول مشتركة بين جميع الثقوب السوداء. يشير هذا التشابه أيضًا إلى وجود طائرة نفاثة مخفية في Sgr A*.

ونشرت النتائج في رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.

كشف العلماء عن أول صورة لـ Sgr A* – التي تبعد حوالي 27000 سنة ضوئية عن الأرض – في عام 2022، وكشفوا أنه على الرغم من أن الثقب الأسود الهائل في مجرة ​​درب التبانة أصغر بألف مرة وأقل كتلة من ثقب M87، إلا أنه يبدو مشابهًا بشكل ملحوظ. .

وهذا جعل العلماء يتساءلون عما إذا كان الاثنان يشتركان في سمات مشتركة خارج مظهرهما. لمعرفة ذلك، قرر الفريق دراسة القوس A* في الضوء المستقطب. كشفت الدراسات السابقة للضوء حول M87* أن المجالات المغناطيسية حول الثقب الأسود العملاق سمحت له بإطلاق نفاثات قوية من المواد مرة أخرى إلى البيئة المحيطة. بناءً على هذا العمل، كشفت الصور الجديدة أن الأمر نفسه قد يكون صحيحًا بالنسبة للقوس أ*.

وقالت سارة عيسون، زميلة آينشتاين في برنامج زمالة هابل التابع لوكالة ناسا: “ما نراه الآن هو أن هناك مجالات مغناطيسية قوية وملتوية ومنظمة بالقرب من الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة”. ) عالم فيزياء فلكية، وشارك في قيادة المشروع.

“إلى جانب أن Sgr A* يتمتع ببنية استقطاب مشابهة بشكل لافت للنظر لتلك التي شوهدت في الثقب الأسود M87* الأكبر والأقوى، فقد تعلمنا أن المجالات المغناطيسية القوية والمرتبة ضرورية لكيفية تفاعل الثقوب السوداء مع الغاز والمادة المحيطة بها. هم.”

الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية متذبذبة أو متحركة تسمح لنا برؤية الأشياء. في بعض الأحيان، يتأرجح الضوء في اتجاه مفضل، ونطلق عليه “مستقطب”. على الرغم من أن الضوء المستقطب يحيط بنا، إلا أنه لا يمكن تمييزه بالعين البشرية عن الضوء “العادي”.

في البلازما المحيطة بهذه الثقوب السوداء، تضفي الجسيمات التي تدور حول خطوط المجال المغناطيسي نمطًا استقطابيًا عموديًا على المجال. يتيح ذلك لعلماء الفلك رؤية تفاصيل أكثر وضوحًا لما يحدث في مناطق الثقب الأسود ورسم خطوط المجال المغناطيسي الخاصة بهم.

وقال زميل مبادرة الثقب الأسود بجامعة هارفارد: “من خلال تصوير الضوء المستقطب من الغاز الساخن المتوهج بالقرب من الثقوب السوداء، فإننا نستنتج بشكل مباشر بنية وقوة المجالات المغناطيسية التي تربط تدفق الغاز والمادة التي يتغذى عليها الثقب الأسود ويقذفها”. المشروع المشارك أنجيلو ريكارت. “يعلمنا الضوء المستقطب الكثير عن الفيزياء الفلكية، وخصائص الغاز، والآليات التي تحدث عندما يتغذى الثقب الأسود.”

لكن تصوير الثقوب السوداء في الضوء المستقطب ليس سهلاً مثل ارتداء زوج من النظارات الشمسية المستقطبة، وهذا ينطبق بشكل خاص على Sgr A*، الذي يتغير بسرعة كبيرة لدرجة أنه لا يبقى ساكنًا عند التقاط الصور. يتطلب تصوير الثقب الأسود الهائل أدوات متطورة تتجاوز تلك المستخدمة سابقًا لالتقاط M87*، وهو هدف أكثر ثباتًا.

قال بول تيدي، زميل ما بعد الدكتوراه وعالم الفيزياء الفلكية في SAO، بول تيد: “من المثير أننا تمكنا من صنع صورة مستقطبة للقوس A* على الإطلاق. استغرقت الصورة الأولى أشهرًا من التحليل المكثف لفهم طبيعته الديناميكية والكشف عن بنيته المتوسطة”.

“إن صنع صورة مستقطبة يزيد من التحدي المتمثل في ديناميكيات المجالات المغناطيسية حول الثقب الأسود. غالبًا ما تنبأت نماذجنا بوجود مجالات مغناطيسية شديدة الاضطراب، مما يجعل من الصعب للغاية إنشاء صورة مستقطبة. ولحسن الحظ، فإن ثقبنا الأسود أكثر هدوءًا، مما يجعل الصورة الأولى ممكنة.”

العلماء متحمسون للحصول على صور لكلا الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الضوء المستقطب، لأن هذه الصور والبيانات التي تأتي معها توفر طرقًا جديدة لمقارنة وتباين الثقوب السوداء ذات الأحجام والكتل المختلفة. ومع تطور التكنولوجيا، من المرجح أن تكشف الصور المزيد من أسرار الثقوب السوداء وأوجه التشابه والاختلاف بينها.

قال ميشي بوبوك، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة إلينوي أوربانا شامبين: “M87* وSgr A* مختلفان في بعض النواحي المهمة: M87* أكبر بكثير، وهو يسحب المادة من محيطه بمعدل أسرع بكثير”. “لذا، ربما كنا نتوقع أن تبدو المجالات المغناطيسية أيضًا مختلفة تمامًا. ولكن في هذه الحالة، تبين أنها متشابهة تمامًا، مما قد يعني أن هذه البنية مشتركة بين جميع الثقوب السوداء.”

“إن الفهم الأفضل للمجالات المغناطيسية القريبة من الثقوب السوداء يساعدنا في الإجابة على العديد من الأسئلة المفتوحة، بدءًا من كيفية تشكل النفاثات وإطلاقها إلى ما يغذي التوهجات الساطعة التي نراها في الأشعة تحت الحمراء والأشعة السينية.”

أجرى EHT العديد من عمليات الرصد منذ عام 2017، ومن المقرر أن يرصد القوس A* مرة أخرى في أبريل 2024. وفي كل عام، تتحسن الصور حيث يشتمل EHT على تلسكوبات جديدة، وعرض نطاق ترددي أكبر، وترددات رصد جديدة. ستمكن التوسعات المخططة للعقد القادم من إنتاج أفلام عالية الدقة للقوس A*، وقد تكشف عن نفاثات مخفية، وقد تسمح لعلماء الفلك بمراقبة ميزات الاستقطاب المماثلة في الثقوب السوداء الأخرى. وفي الوقت نفسه، فإن تمديد EHT إلى الفضاء سيوفر صورًا أكثر وضوحًا للثقوب السوداء أكثر من أي وقت مضى.

يقود CfA العديد من المبادرات الرئيسية لتعزيز EHT بشكل حاد على مدى العقد المقبل. ال الجيل القادم من EHT (ngEHT) يجري مشروع ترقية تحويلية لـ EHT، بهدف جلب أطباق راديو جديدة متعددة عبر الإنترنت، وتمكين عمليات المراقبة المتزامنة متعددة الألوان، وزيادة الحساسية العامة للمصفوفة.

سيمكن توسيع ngEHT المصفوفة من إنتاج أفلام في الوقت الفعلي للثقوب السوداء الهائلة على مقاييس أفق الحدث. ستعمل هذه الأفلام على حل البنية التفصيلية والديناميكيات بالقرب من أفق الحدث، مع التركيز على ميزات الجاذبية “المجال القوي” التي تنبأت بها النسبية العامة، بالإضافة إلى التفاعل بين التراكم وإطلاق الطائرات النفاثة النسبية التي تنحت هياكل واسعة النطاق في الكون.

وفي الوقت نفسه، مستكشف الثقب الأسود سيعمل مفهوم مهمة (BHEX) على توسيع EHT إلى الفضاء، مما ينتج عنه الصور الأكثر وضوحًا في تاريخ علم الفلك. سوف يتيح BHEX اكتشاف وتصوير “حلقة الفوتون” – وهي ميزة حلقة حادة تتكون من انبعاث عدسة قوية حول الثقوب السوداء.

تنطبع خصائص الثقب الأسود على حجم وشكل حلقة الفوتون، مما يكشف عن كتل ودوران لعشرات الثقوب السوداء، ويظهر بدوره كيف تنمو هذه الأجسام الغريبة وتتفاعل مع المجرات المضيفة لها.