تلسكوب عملاق – حجمه 8 أضعاف حجم الأرض – يكشف عن رؤية غير مسبوقة لنفاثة كونية هائلة

عثر تلسكوب أكبر من الأرض على حبل بلازما في الكون.

باستخدام شبكة من التلسكوبات الراديوية على الأرض وفي الفضاء، تمكن علماء الفلك من التقاط الصورة الأكثر تفصيلا على الإطلاق لنفاثة من بلازما اطلاق النار من فائقة الكتلة الثقب الأسود في قلب مجرة ​​بعيدة.

تسافر الطائرة، التي تأتي من قلب متوهج بعيد يسمى 3C 279، بسرعة الضوء تقريبًا وتظهر أنماطًا ملتوية معقدة بالقرب من مصدرها. تتحدى هذه الأنماط النظرية القياسية التي تم استخدامها لمدة 40 عامًا لشرح كيفية تشكل هذه التدفقات وتغيرها بمرور الوقت.

تم تقديم مساهمة كبيرة في عمليات الرصد من قبل معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون، ألمانيا، حيث تم دمج البيانات من جميع التلسكوبات المشاركة لإنشاء تلسكوب افتراضي يبلغ قطره الفعال حوالي 100000 كيلومتر.

وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا في علم الفلك الطبيعة.

الشكل 1: الخيوط المتشابكة في البلازار 3C 279. صورة عالية الدقة للطائرة النسبية في هذا المصدر كما لاحظها برنامج RadioAstron. تكشف الصورة عن بنية معقدة داخل الطائرة مع عدة خيوط بحجم فرسخ فلكي تشكل شكلًا حلزونيًا. تتضمن المجموعة بيانات من التلسكوبات الراديوية حول العالم ومن مدار الأرض، ومن بينها التلسكوب الراديوي إفلسبيرج الذي يبلغ طوله 100 متر. تمت معالجة البيانات لاحقًا في مركز الارتباط التابع لمعهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي. المصدر: تعاون ناسا/وزارة الطاقة/فيرمي لات؛ فلبا/جورستاد وآخرون؛ راديو أسترون / فوينتيس وآخرون

نظرة ثاقبة على Blazars

البلازارات هي ألمع وأقوى مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي في الكون. وهي فئة فرعية من نوى المجرة النشطة التي تضم مجرات ذات ثقب أسود مركزي فائق الكتلة يراكم المادة من القرص المحيط. حوالي 10% من نوى المجرة النشطة، المصنفة على أنها كوازارات، تنتج نفاثات بلازما نسبية. تنتمي البازارات إلى جزء صغير من النجوم الزائفة التي يمكننا من خلالها رؤية هذه التدفقات موجهة بشكل مباشر تقريبًا نحو الراصد.

في الآونة الأخيرة، قام فريق من الباحثين، بما في ذلك علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR) في بون، ألمانيا، بتصوير المنطقة الأعمق للنفث في البلازار 3C 279 بدقة زاويّة غير مسبوقة واكتشفوا خيوطًا حلزونية منتظمة بشكل ملحوظ والتي قد تتطلب مراجعة النماذج النظرية المستخدمة حتى الآن لشرح العمليات التي يتم من خلالها إنتاج النفاثات في المجرات النشطة.

“بفضل RadioAstron، المهمة الفضائية التي وصل فيها التلسكوب الراديوي المداري إلى مسافات بعيدة مثل القمر، وشبكة مكونة من ثلاثة وعشرين تلسكوبًا راديويًا موزعة عبر الأرض، حصلنا على أعلى صورة دقة للجزء الداخلي من كوكب”. يقول أنطونيو فوينتيس، الباحث في معهد الفيزياء الفلكية الأندلسية (IAA-CSIC) في غرناطة بإسبانيا، الذي يقود العمل: “إن النفاثات النجمية المتدفقة حتى الآن، تسمح لنا بمراقبة البنية الداخلية للنفاثات بمثل هذه التفاصيل لأول مرة”.

التداعيات والتحديات النظرية

كشفت النافذة الجديدة على الكون التي فتحتها مهمة RadioAstron عن تفاصيل جديدة في طائرة البلازما لـ 3C 279، وهو متوهج به ثقب أسود هائل في قلبه. تحتوي الطائرة على خيطين ملتويين على الأقل من البلازما يمتدان لأكثر من 570 سنة ضوئية من المركز.

“هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها مثل هذه الخيوط قريبة جدًا من مصدر النفاثات، وهي تخبرنا المزيد عن كيفية تشكيل الثقب الأسود للبلازما. تمت ملاحظة التدفق الداخلي أيضًا بواسطة تلسكوبين آخرين، GMVA وEHT، بأطوال موجية أقصر بكثير (3.5 ملم و1.3 ملم)، لكنهم لم يتمكنوا من اكتشاف الأشكال الخيطية لأنها كانت باهتة جدًا وكبيرة جدًا بالنسبة لهذه الدقة. ” يقول إدواردو روس، عضو فريق البحث والمجدول الأوروبي لـ GMVA. ويضيف: “يوضح هذا كيف يمكن للتلسكوبات المختلفة أن تكشف عن ميزات مختلفة لنفس الجسم”.

الشكل 2: توفر مراقبة RadioAstron VLBI تلسكوبًا افتراضيًا يصل قطره إلى ثمانية أضعاف قطر الأرض (خط الأساس الأقصى 350.000 كيلومتر). الائتمان: روسكوزموس

إن نفاثات البلازما القادمة من الحلل ليست مستقيمة وموحدة حقًا. إنها تظهر التقلبات والمنعطفات التي توضح كيفية تأثر البلازما بالقوى المحيطة بالثقب الأسود. وجد علماء الفلك الذين يدرسون هذه الالتواءات في 3C279، والتي تسمى الخيوط الحلزونية، أنها ناجمة عن عدم الاستقرار الذي يحدث في البلازما النفاثة. وفي هذه العملية، أدركوا أيضًا أن النظرية القديمة التي استخدموها لشرح كيفية تغير التدفقات بمرور الوقت لم تعد صالحة. ومن ثم، هناك حاجة إلى نماذج نظرية جديدة يمكنها تفسير كيفية تشكل هذه الخيوط الحلزونية وتطورها بالقرب من الأصل النفاث. وهذا تحدٍ كبير، ولكنه أيضًا فرصة عظيمة لمعرفة المزيد عن هذه الظواهر الكونية المذهلة.

يقول جوانج ياو تشاو، المنتسب حاليًا إلى MPIfR وعضو فريق العلماء: “أحد الجوانب المثيرة للاهتمام بشكل خاص الناشئة عن نتائجنا هو أنها تشير إلى وجود مجال مغناطيسي حلزوني يحصر التدفق”. “لذلك، يمكن أن يكون المجال المغناطيسي، الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة حول الطائرة في 3C 279، هو الذي يوجه ويوجه بلازما الطائرة التي تتحرك بسرعة 0.997 مرة سرعة الضوء.”

يضيف أندريه لوبانوف، عالم آخر في MPIfR في فريق الباحثين: “لوحظت خيوط حلزونية مماثلة في النفاثات خارج المجرة من قبل، ولكن على نطاقات أكبر بكثير حيث يُعتقد أنها ناتجة عن أجزاء مختلفة من التدفق تتحرك بسرعات مختلفة وتقص ضد بعضها البعض”. . “مع هذه الدراسة، نحن ندخل إلى تضاريس جديدة تمامًا يمكن فيها ربط هذه الخيوط فعليًا بالعمليات الأكثر تعقيدًا في المنطقة المجاورة مباشرة للثقب الأسود الذي ينتج النفاثات.”

إن دراسة التدفق الداخلي في 3C279، التي ظهرت الآن في العدد الأخير من مجلة Nature Astronomy، توسع السعي المستمر لفهم دور المجالات المغناطيسية بشكل أفضل في التكوين الأولي للتدفقات النسبية من نوى المجرة النشطة. ويشدد على التحديات العديدة المتبقية للنمذجة النظرية الحالية لهذه العمليات ويوضح الحاجة إلى مزيد من التحسين للأدوات والتقنيات الفلكية الراديوية التي توفر فرصة فريدة لتصوير الأجسام الكونية البعيدة بدقة زاويّة قياسية.

التقدم التكنولوجي والتعاون

باستخدام تقنية خاصة تسمى قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI)، يتم إنشاء تلسكوب افتراضي بقطر فعال يساوي الحد الأقصى للفصل بين الهوائيات المشاركة في المراقبة من خلال الجمع بين البيانات من مراصد راديوية مختلفة وربطها. يؤكد عالم مشروع RadioAstron، يوري كوفاليف، الذي يعمل الآن في MPIfR، على أهمية التعاون الدولي الصحي لتحقيق مثل هذه النتائج: “لقد تمت مزامنة مراصد من اثنتي عشرة دولة مع الهوائي الفضائي باستخدام ساعات هيدروجينية، مما يشكل تلسكوبًا افتراضيًا بحجم المسافة إلى الأرض”. قمر.”

يقول أنطون زينسوس، مدير MPIfR وأحد القوى الدافعة وراء مهمة RadioAstron على مدى العقدين الماضيين: “إن التجارب مع RADIOASTRON التي أدت إلى صور مثل هذه للكوازار 3C279 هي إنجازات استثنائية ممكنة من خلال التعاون العلمي الدولي للمراصد”. والعلماء في العديد من البلدان. واستغرقت المهمة عقودًا من التخطيط المشترك قبل إطلاق القمر الصناعي. أصبح التقاط الصور الفعلية ممكنًا من خلال ربط التلسكوبات الكبيرة على الأرض مثل إيفلسبيرج ومن خلال التحليل الدقيق للبيانات الموجودة في مركز الارتباط VLBI الخاص بنا في بون.

المرجع: “الهياكل الخيطية كأصل التباين الراديوي النفاث” بقلم أنطونيو فوينتيس، خوسيه إل. غوميز، خوسيه إم مارتي، مانيل بيروتشو، غوانغ ياو تشاو، روكو ليكو، أندريه بي. كوفاليف، أندرو تشيل، كازونوري أكياما، كاثرين بومان، هي صن، إيلجي تشو، إفتاليا ترايانو، تيريزا توسكانو، روهان داهالي، ماريانا فوشي، ليونيد آي. جورفيتس، سفيتلانا جورستاد، جاي يونج كيم، آلان بي مارشر، يوسوكي. ميزونو، إدواردو روس، وتوماس سافولاينن، 26 أكتوبر 2023، علم الفلك الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41550-023-02105-7

مزيد من المعلومات

تتألف مهمة مقياس التداخل الراديوي من الأرض إلى الفضاء، النشطة من يوليو 2011 إلى مايو 2019، من تلسكوب راديوي مداري يبلغ طوله 10 أمتار (Spektr-R) ومجموعة مكونة من حوالي عشرين من أكبر التلسكوبات الراديوية الأرضية في العالم، بما في ذلك التلسكوب الراديوي إفلسبيرج 100 متر. عندما تم دمج إشارات التلسكوبات الفردية باستخدام تداخل موجات الراديو، قدمت هذه المجموعة من التلسكوبات دقة زاوية قصوى تعادل تلسكوبًا راديويًا يبلغ قطره 350.000 كيلومترًا – تقريبًا المسافة بين الأرض والقمر. وهذا ما جعل من RadioAstron أعلى أداة دقة زاويّة في تاريخ علم الفلك. كان مشروع RadioAstron بقيادة مركز الفضاء الفلكي التابع لمعهد ليبيديف الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم وجمعية لافوتشكين العلمية والإنتاج بموجب عقد مع شركة الفضاء الحكومية ROSCOSMOS، بالتعاون مع المنظمات الشريكة في روسيا وبلدان أخرى. ويجري تحليل البيانات الفلكية لهذه المهمة من قبل العلماء الأفراد في جميع أنحاء العالم، مما يؤدي إلى نتائج مثل تلك المعروضة هنا.

المتعاونون التاليون في العمل المقدم ينتمون إلى MPIfR، حسب ترتيب الظهور في قائمة المؤلفين: Guang-Yao Zhao، Andrei P. Lobanov، Yuri Y. Kovalev، Efthalia (Thalia) Traianou، Jae-Young Kim، Eduardo Ros، وتوماس سافولاينن. كان المتعاونان روكو ليكو وغابرييل بروني أيضًا منتسبين إلى MPIfR خلال فترة مهمة RadioAstron.

يوري ي. كوفاليف يعترف بجائزة فريدريش فيلهلم بيسل البحثية لمؤسسة ألكسندر فون هومبولت.