استمع إلى أصوات مخيفة من صدى الثقوب السوداء

تشريح انفجار الثقب الأسود

طور فريق البحث أداة آلية أطلق عليها اسم “آلة الصدى” للبحث عن أصداء من ثنائيات الثقب الأسود في بيانات الأقمار الصناعية.

أثناء دراستهم ، استخدم الباحثون آلة الصدى للنظر في البيانات التي تم جمعها بواسطة تلسكوب الأشعة السينية التابع لناسا والمسمى مستكشف التكوين الداخلي للنجم النيوتروني ، أو NICER ، وهو جزء من محطة الفضاء الدولية.

“نشهد صدى جديدًا في ثمانية مصادر” ، كاتب الدراسة الأول جينغي وانغ ، وهو طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في بيان. “وتتراوح كتلة الثقوب السوداء بين خمسة إلى 15 ضعف كتلة الشمس ، وكلها في أنظمة ثنائية ذات نجوم عادية ، منخفضة الكتلة ، شبيهة بالشمس.”

بعد جمع الأصداء الثمانية ، قارنها الباحثون ليروا كيف يتغير الثقب الأسود عندما يطلق موجة من الأشعة السينية. ظهرت صورة مماثلة للأنظمة الثنائية الثمانية.

عندما تسحب الثقوب السوداء مادة من نجم يدور حوله ، يمكنها إطلاق “نفاثات” لامعة من الجسيمات التي تتدفق في الفضاء بسرعة تقترب من سرعة الضوء. لاحظ فريق البحث أنه خلال هذه العملية ، سيطلق الثقب الأسود وميضًا نهائيًا عالي الطاقة قبل أن ينتقل إلى حالة الطاقة المنخفضة.

عندما يحدث هذا الانفجار الأخير ، فقد يعني ذلك أن حلقة البلازما شديدة النشاط (أو الهالة) للثقب الأسود تطلق جزيئات نشطة قبل أن تختفي.

يمكن لعلماء الفلك تطبيق هذا الاكتشاف على الثقوب السوداء الهائلة ، والتي تعمل بمثابة “محركات” في مركز المجرات ويمكنها إطلاق الجسيمات التي يمكن أن تشكل تشكيل المجرات.

قالت مؤلفة الدراسة إيرين كارا ، الأستاذة المساعدة للفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، في بيان: “إن دور الثقوب السوداء في تطور المجرات هو سؤال بارز في الفيزياء الفلكية الحديثة”.

“ومن المثير للاهتمام ، أن ثنائيات الثقوب السوداء تبدو وكأنها ثقوب سوداء فائقة الكتلة ، وبالتالي من خلال فهم الانفجارات في هذه الأنظمة الصغيرة القريبة ، يمكننا أن نفهم كيف تؤثر الانفجارات المماثلة في الثقوب السوداء الهائلة على المجرات التي يقيمون فيها.”

تحويل صدى الأشعة السينية إلى صوت

يمكن أن تساعد أصداء انبعاثات الأشعة السينية هذه علماء الفلك في تحديد مكان وجود الثقوب السوداء. إنه لا يختلف عن تحديد الموقع بالصدى الذي تستخدمه الخفافيش للملاحة. تطلق الخفافيش النداءات التي ترتد عن العوائق وتعود كصدى ، ويساعد طول عودة الصدى الخفافيش على تحديد مسافة الأشياء.

يتم إنشاء أصداء الثقب الأسود بواسطة نوعين من ضوء الأشعة السينية المنبعث من الهالة ، ويمكن لعلماء الفلك استخدام مقدار الوقت الذي يستغرقه التلسكوب لاكتشاف النوعين لتتبع كيفية تغير الثقب الأسود أثناء التهامه للمواد من نجمة.

أصداء الثقب الأسود ليست أصواتًا حقيقية يمكننا سماعها دون بعض المساعدة ، لذلك تعاون كارا مع كايل كين ، المحاضر في قسم علوم وهندسة المواد بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.و وإيان كوندري ، الأستاذ في قسم الأنثروبولوجيا بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجياو لتحويلها إلى موجات صوتية.

تتبع الفريق التغييرات في أصداء الأشعة السينية ، وحدد الفترات الزمنية أثناء المراحل الانتقالية وتتبع القواسم المشتركة في تطور كل انفجار للثقب الأسود.

تبدو النتيجة وكأنها شيء من فيلم خيال علمي من خمسينيات القرن الماضي.

قال كارا: “نحن في بدايات القدرة على استخدام أصداء الضوء هذه لإعادة بناء البيئات الأقرب إلى الثقب الأسود”. “لقد أظهرنا الآن أن هذه الأصداء يتم ملاحظتها بشكل شائع ، ونحن قادرون على فحص الروابط بين قرص الثقب الأسود والنفاث والهالة بطريقة جديدة.”