رصد ابتلاع مادة كونية وانبعاث نفاثات راديوية من ثقب أسود

رصد علماء ابتلاع مادة كونية وانبعاث نفاثات راديوية من ثقب أسود فائق الكتلة.

لاحظ علماء الفلك ثقبًا أسود هائلًا يصدر نفاثات راديوية قوية بعد حوالي 300 يوم من الزيادة الهائلة في معدل ابتلاع المادة. تم إجراء هذه الملاحظة باستخدام مرصد سويفت للأشعة السينية الفضائي التابع لناسا بالإضافة إلى عمليات الرصد الراديوي.

وبحسب السفير عرجان؛ وتمكن الفريق أيضًا من تقدير كتلة هذا الثقب الأسود الهائل، والذي يقع في قلب مجموعة بيرسيوس، وهي مجموعة ضخمة من آلاف المجرات.

يقع هذا الثقب الأسود في وسط المجرة NGC 1275؛ مجرة تبعد عنا حوالي 225 مليون سنة ضوئية وتعرف بأنها ألمع مجرة ​​في عنقود بيرسافوش. تم اكتشاف هذا الثقب الأسود الضخم لأول مرة من خلال توهج الأشعة السينية، مما يشير إلى زيادة معدل تراكم المادة تجاهه.

تم العثور على الثقوب السوداء الضخمة التي تلتهم المادة بشكل نشط في المناطق المعروفة باسم "النوى المجرية النشطة" (AGN)؛ تعمل جاذبيتها الهائلة على تسخين المادة المحيطة بها وتجعلها تتألق بشكل ساطع. ويتم تضخيم هذه الإشعاعات من خلال توجيه المادة نحو قطبي الثقب الأسود ومن ثم قذفها إلى الخارج على شكل نفاثتين قويتين؛ تغطي هذه الطائرات نطاقًا واسعًا من الموجات الكهرومغناطيسية وتكون بارزة بشكل خاص في موجات الراديو.

تعد مراقبة النفاثات الراديوية المنبعثة من النواة النشطة في مركز المجرة NGC 1275 أمرًا بالغ الأهمية لفهم العلاقة بين "قرص التراكم" (قرص المادة الذي يحيط بالثقب الأسود ويغذيه) والنفاثات التي يتم قذفها إلى الفضاء. تساعد دراسة هذا "الاقتران القرصي النفاث" العلماء على فهم كيفية تأثير الثقوب السوداء على تكوين النجوم في المجرات المضيفة لها، وبالتالي على نمو تلك المجرات.

إن إبداء هذه الملاحظات ليس بالمهمة السهلة؛ على الرغم من أن مرصد شاندرا للأشعة السينية يعد أداة مثالية لدراسة مثل هذه الانبعاثات، إلا أنه لا يرصد NGC 1275 في كثير من الأحيان بما يكفي لمراقبة سلوكه على المدى الطويل. في المقابل، على الرغم من أن مرصد نيل جيرلز سويفت التابع لوكالة ناسا يتمتع بقدرات أضعف من تلسكوب شاندرا، إلا أنه منذ إطلاقه عام 2004، جمع كمية هائلة من البيانات حول المجرة وثقبها الأسود المركزي.

وقالت سارة كيتشوم، المؤلفة الرئيسية لفريق البحث من جامعة ميشيغان، إن دراسة المنطقة الداخلية لهذه المجرة النشطة أمر صعب نسبيًا؛ لأن المجرة NGC 1275 تقع في وسط "عنقود فرساوس" الضخم وهذا يضيف ضوءا إضافيا إلى الملاحظات ويعقد تحليل البيانات.

وأضاف أن الفريق قام بتطوير نموذج يسمح بإزالة الإشعاع من المجموعة من بيانات سويفت المؤرشفة؛ وبهذه الطريقة، تمكنوا من ملاحظة التغيرات في تدفق الأشعة السينية - الناتج عن عملية تراكم (امتصاص) الغاز بواسطة الثقب الأسود - في الفترة من 2007 إلى 2025.

مؤكدًا على أن قدرات سويفت كانت حاسمة في هذه الدراسة، أشار كيتشوم إلى أن NGC 1275 هو مختبر مثالي لفهم العلاقة بين قرص التراكم ونفاثات الثقب الأسود.

وأشار أيضًا إلى أن الدراسات السابقة للمجرات الأخرى ذات النوى النشطة أظهرت دليلاً على وجود صلة بين تراكم الغاز (الذي يمكن اكتشافه بواسطة الأشعة السينية) وتدفق الغاز إلى الخارج على شكل نفاثات (والتي يمكن رؤيتها بواسطة موجات الراديو). ومع ذلك، تكشف المجرة NGC 1275 عن تأثير نفاثات الثقب الأسود على نطاقات مكانية كبيرة جدًا، بشكل أكثر وضوحًا من أي نظام آخر.

في فبراير 2023، لاحظ كيتشوم وزملاؤه أقوى توهج للأشعة السينية تم تسجيله على الإطلاق من المجرة NGC 1275. وتألفت هذه الظاهرة، التي استمرت أقل من 60 يومًا، من انفجارين - استمر كل منهما خمسة أيام - تضاعف خلالهما لمعان الأشعة السينية لنواة المجرة النشطة.

كان التوهج شديدًا للغاية لدرجة أن فريق البحث قام بالتحقيق فيما إذا كان ناجمًا عن "حدث تمزق مميت" (TDE)؛ ظاهرة يقترب فيها نجم من ثقب أسود هائل، مما يؤدي إلى أن الجاذبية الهائلة للثقب الأسود تمزق النجم بسبب قوى المد والجزر. تعمل هذه القوى على سحب النجم وضغطه وتمزقه - وهي عملية تسمى أحيانًا "المعكرونة" - ثم يبتلع الثقب الأسود بعضًا من البلازما الناتجة.

إلا أن الفريق البحثي تمكن من رفض هذا السيناريو؛ اقترح كيتشوم أن التوهج كان على الأرجح ناجما عن زيادة مفاجئة في معدل تراكم (امتصاص) المادة في الثقب الأسود، بدلا من ابتلاع نجم.

وباستخدام بيانات من مرصد سويفت، حدد الباحثون نصف قطر منطقة نواة المجرة النشطة التي ينبعث منها الإشعاع. وبالنظر إلى العلاقة المباشرة بين حجم وكتلة الثقب الأسود، فقد سمح لهم ذلك بتقدير كتلة الثقب الأسود الموجود في مركز المجرة NGC 1275، وتوصلوا إلى أن كتلته تتراوح بين 100 مليون ومليار مرة كتلة الشمس.