هناك إضافة جديدة إلى معرض صور علماء الفلك للثقوب السوداء. وهو جمال.
جمع علماء الفلك أخيرًا صورة للثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا. يظهر هذا الثقب الأسود ، المعروف باسم القوس A * ، كصورة ظلية داكنة مقابل المادة المتوهجة التي تحيط به. تكشف الصورة المنطقة الملتوية المضطربة حول الثقب الأسود بتفاصيل جديدة. يمكن أن يساعد هذا المشهد العلماء على فهم أفضل للثقب الأسود الهائل لمجرة درب التبانة وما شابه ذلك.
تم الكشف عن الصورة الجديدة في 12 مايو. أعلن عنها الباحثون في سلسلة من المؤتمرات الصحفية حول العالم. كما ذكروا ذلك في ستة ورقات بحثية في Astrophysical Journal Letters .
الشرح:ما هي الثقوب السوداء؟
قالت فريال أوزيل في مؤتمر صحفي في واشنطن العاصمة إنها عالمة فيزياء فلكية بجامعة أريزونا في توكسون:"تُظهر هذه الصورة حلقة ساطعة تحيط بالظلام ، وهي العلامة الواضحة لظل الثقب الأسود". وهي أيضًا جزء من الفريق الذي التقط الصورة الجديدة للثقب الأسود.
لا يوجد مرصد واحد يمكنه إلقاء نظرة جيدة على القوس A * ، أو Sgr A * باختصار. تطلبت شبكة من أطباق الراديو تمتد عبر الكوكب. تسمى شبكة التلسكوب هذه بتلسكوب أفق الحدث أو EHT. أنتجت أيضًا أول صورة لثقب أسود ، تم إصدارها في عام 2019. هذا الجسم يقع في وسط المجرة M87. يبعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية عن الأرض.
كانت تلك اللقطة للثقب الأسود في M87 تاريخية بالطبع. لكن Sgr A * هو "ثقب أسود للبشرية" ، كما تقول سيرا ماركوف. يعمل عالم الفيزياء الفلكية هذا في جامعة أمستردام في هولندا. وهي أيضًا عضو في فريق EHT.
يُعتقد أن كل مجرة كبيرة تقريبًا بها ثقب أسود هائل في مركزها. و Sgr A * هي مجرة درب التبانة. وهذا يمنحه مكانة خاصة في قلوب علماء الفلك - ويجعله مكانًا فريدًا لاستكشاف فيزياء كوننا.
الثقب الأسود الهائل الودود الذي تعيش فيه
يقع Sgr A * على بعد 27000 سنة ضوئية ، وهو أقرب ثقب أسود عملاق إلى الأرض. إنه الثقب الأسود الهائل الأكثر دراسة في الكون. ومع ذلك ، تظل Sgr A * وغيرها من الأشياء المماثلة من أكثر الأشياء التي تم العثور عليها غموضًا على الإطلاق.
هذا لأنه ، مثل جميع الثقوب السوداء ، يعتبر Sgr A * كائنًا كثيفًا جدًا لدرجة أن جاذبيته لن تسمح للضوء بالهروب. تقول لينا مورشيكوفا إن الثقوب السوداء "تحافظ على أسرارها بشكل طبيعي". تعمل عالمة الفيزياء هذه في معهد الدراسات المتقدمة في برينستون ، نيوجيرسي وهي ليست جزءًا من فريق EHT.
تحبس جاذبية الثقب الأسود الضوء الذي يقع داخل حدود تسمى أفق الحدث. تلتقط صور EHT لـ Sgr A * والثقب الأسود M87 الضوء القادم من خارج تلك الحافة التي لا مفر منها.
ينبعث هذا الضوء من مادة تدور في الثقب الأسود. يتغذى Sgr A * على المواد الساخنة التي تلقيها النجوم الضخمة في مركز المجرة. يتم سحب الغاز بواسطة جاذبية Sgr A * الفائقة. لكنها لا تسقط مباشرة في الثقب الأسود. يدور حول Sgr A * مثل أنبوب الصرف الكوني. هذا يشكل قرصًا من مادة متوهجة ، يسمى قرص التراكم . ظل الثقب الأسود على هذا القرص المتوهج هو ما نراه في صور EHT للثقوب السوداء.
يقول داريل هاغارد إن القرص والنجوم القريبة والفقاعة الخارجية لضوء الأشعة السينية "تشبه النظام البيئي". هي عالمة فيزياء فلكية في جامعة ماكجيل في مونتريال ، كندا. وهي أيضًا عضو في تعاون EHT. "إنهم مرتبطون تمامًا ببعضهم البعض".
قرص التراكم هو المكان الذي يوجد فيه معظم الإجراء. يتم سحب هذا الغاز العاصف بواسطة حقول مغناطيسية قوية حول الثقب الأسود. لذلك ، يريد علماء الفلك معرفة المزيد عن كيفية عمل القرص.
الأمر المثير للاهتمام بشكل خاص حول قرص Sgr A * هو أنه - وفقًا لمعايير الثقب الأسود - هادئ وخافت جدًا. خذ ثقب أسود M87 للمقارنة. هذا الوحش آكل عنيف فوضوي. إنه يتدفق على المواد القريبة بشدة لدرجة أنه ينفث دفعات هائلة من البلازما.
الثقب الأسود في مجرتنا أكثر هدوءًا. يأكل فقط عددًا قليلاً من اللقاحات التي تغذيها قرص التراكم. قال مايكل جونسون في مؤتمر صحفي أعلن فيه عن الصورة الجديدة:"لو كان Sgr A * شخصًا ، فإنه سيستهلك حبة أرز واحدة كل مليون سنة". جونسون عالم فيزياء فلكية في مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. هذا في كامبريدج ، ماساتشوستس.
تقول ميج أوري:"لطالما كان الأمر محيرًا إلى حد ما لسبب خفته الشديد ،" إنها عالمة فيزياء فلكية بجامعة ييل في نيو هافن بولاية كونيتيكت. وهي ليست جزءًا من فريق EHT.
لكن لا تعتقد أن هذا يعني أن Sgr A * ثقب أسود ممل. لا يزال محيطها ينبعث من جميع أنواع الضوء المختلفة. لقد رأى علماء الفيزياء الفلكية أن تلك المنطقة تتوهج بشكل ضعيف في موجات الراديو وتتذبذب في ضوء الأشعة تحت الحمراء. لقد رأوه حتى يتجشأ في الأشعة السينية.
في الواقع ، يبدو أن قرص التراكم حول Sgr A * يومض ويغلي ببطء. يقول ماركوف إن هذا الاختلاف يشبه الزبد على قمة أمواج المحيط. تقول:"نشهد هذا الزبد الناتج عن كل هذا النشاط". "ونحن نحاول فهم الموجات تحت الزبد." وهذا يعني أن سلوك المادة يتم تحاضنها بالقرب من حافة الثقب الأسود.
وتضيف أن السؤال الكبير هو ما إذا كان بإمكان EHT رؤية شيء ما يتغير في تلك الموجات. في العمل الجديد ، رأوا تلميحات لتلك التغييرات تحت الزبد. لكن التحليل الكامل لا يزال مستمرا.
نسج الأطوال الموجية معًا
يتكون تلسكوب أفق الحدث من مراصد راديوية حول العالم. من خلال الجمع بين البيانات من هذه الأطباق البعيدة بطرق ذكية ، يمكن للباحثين جعل الشبكة تعمل مثل تلسكوب واحد بحجم الأرض. في كل ربيع ، عندما تكون الظروف مناسبة تمامًا ، تقترب EHT من عدد قليل من الثقوب السوداء البعيدة وتحاول التقاط صور لها.
تأتي الصورة الجديدة لـ Sgr A * من بيانات EHT التي تم جمعها في أبريل 2017. في ذلك العام ، جمعت الشبكة 3.5 بيتابايت من البيانات على الثقب الأسود. هذا يتعلق بحجم البيانات في 100 مليون مقطع فيديو TikTok.
باستخدام هذه المجموعة ، بدأ الباحثون في تجميع صورة Sgr A *. استغرق إخراج صورة من خليط البيانات الهائل سنوات من العمل وعمليات المحاكاة الحاسوبية المعقدة. تطلب أيضًا إضافة بيانات من تلسكوبات أخرى لاحظت أنواعًا مختلفة من الضوء من الثقب الأسود.
يقول العلماء:الطول الموجي
كانت هذه البيانات ذات "الطول الموجي المتعدد" ضرورية لتجميع الصورة. من خلال النظر إلى موجات الضوء عبر الطيف ، "يمكننا التوصل إلى صورة كاملة" ، كما يقول جيبوا موسوك. إنها عالمة فيزياء فلكية تعمل مع ماركوف في جامعة أمستردام.
على الرغم من أن Sgr A * قريب جدًا من الأرض ، إلا أنه كان من الصعب الحصول على صورتها من ثقب أسود M87. كانت المشكلة هي اختلافات Sgr A * - الغليان المستمر لقرص التراكم الخاص به. إنه يتسبب في تغيير مظهر Sgr A * كل بضع دقائق بينما يحاول العلماء تصويره. للمقارنة ، فإن مظهر الثقب الأسود الخاص بجهاز M87 يتغير فقط على مدار أسابيع.
قال خوسيه إل غوميز في مؤتمر صحفي أعلن فيه عن النتيجة:"كان تصوير Sgr A * مثل محاولة التقاط صورة واضحة لطفل يركض في الليل". إنه عالم فلك في Instituto de Astrofísica de Andalucía. هذا في غرناطة ، إسبانيا.
صورة جديدة ، رؤى جديدة
كانت صورة Sgr A * الجديدة تستحق الانتظار. إنه لا يرسم فقط صورة أكثر اكتمالا لقلب مجرتنا. كما أنه يساعد في اختبار المبادئ الأساسية للفيزياء.
لسبب واحد ، تؤكد ملاحظات EHT الجديدة كتلة Sgr A * بحوالي 4 ملايين ضعف كتلة الشمس. ولكن نظرًا لكونه ثقبًا أسود ، فإن Sgr A * يحزم كل هذه الكتلة في مساحة مضغوطة جدًا. إذا حل الثقب الأسود محل شمسنا ، فإن الظل الذي صورته EHT سيتناسب مع مدار عطارد.
استخدم الباحثون أيضًا صورة Sgr A * لاختبار نظرية أينشتاين في الجاذبية. هذه النظرية تسمى النسبية العامة. يمكن أن يساعد اختبار هذه النظرية في ظروف قاسية - مثل تلك الموجودة حول الثقوب السوداء - في تحديد أي نقاط ضعف خفية. لكن في هذه الحالة ، صمدت نظرية أينشتاين. كان حجم ظل Sgr A * بالضبط ما تنبأت به النسبية العامة.
لم تكن هذه هي المرة الأولى التي يستخدم فيها العلماء Sgr A * لاختبار النسبية العامة. اختبر الباحثون أيضًا نظرية أينشتاين من خلال تتبع حركات النجوم التي تدور بالقرب من الثقب الأسود. أكد هذا العمل النسبية العامة أيضًا. (لقد ساعد أيضًا في تأكيد أن Sgr A * هو حقًا ثقب أسود). حصل هذا الاكتشاف على نصيب باحثين من جائزة نوبل في الفيزياء عام 2020.
يقول توان دو إن الاختبار الجديد للنسبية باستخدام صورة Sgr A * يكمل النوع السابق من الاختبار. إنه عالم فيزياء فلكية بجامعة كاليفورنيا ، لوس أنجلوس. "مع هذه الاختبارات الفيزيائية الكبيرة ، لا تريد استخدام طريقة واحدة فقط." بهذه الطريقة ، إذا ظهر أن أحد الاختبارات يتعارض مع النسبية العامة ، فيمكن لاختبار آخر التحقق مرة أخرى من النتيجة.
مع ذلك ، هناك ميزة رئيسية واحدة لاختبار النسبية باستخدام صورة EHT الجديدة. تختبر صورة الثقب الأسود النسبية أقرب بكثير إلى أفق الحدث من أي نجم يدور حوله. إن لمح مثل هذه المنطقة المتطرفة من الجاذبية يمكن أن يكشف عن تلميحات فيزيائية تتجاوز النسبية العامة.
يقول كليفورد ويل:"كلما اقتربت ، كنت أفضل من حيث قدرتك على البحث عن هذه التأثيرات". إنه عالم فيزياء بجامعة فلوريدا في غينزفيل.
ما التالي؟
"من المثير حقًا أن يكون لديك أول صورة لثقب أسود في مجرتنا درب التبانة. يقول نيكولا يونس "إنه أمر رائع". إنه عالم فيزياء في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين. يقول إن الصورة الجديدة تثير الخيال ، مثل الصور المبكرة التي التقطها رواد الفضاء للأرض من القمر.
ولكن هذه لن تكون آخر صورة لافتة للنظر لـ Sgr A * من EHT. رصدت شبكة التلسكوب الثقب الأسود في 2018 و 2021 و 2022. وما زالت هذه البيانات قيد التحليل.
يقول هاغارد:"هذا هو أقرب ثقب أسود هائل لدينا". "إنه مثل أقرب أصدقائنا وجيراننا. ونحن ندرسها منذ سنوات كمجتمع. [هذه الصورة] إضافة عميقة حقًا إلى هذا الثقب الأسود المثير الذي وقعنا جميعًا في حبه. "
