اكتشف علماء الفلك العام الماضي ثقبًا أسود هادئًا في مجرة بعيدة اندلعت بعد تمزيق واستهلاك نجم عابر. حدد الباحثون الآن إشارة أشعة سينية مميزة لوحظت في الأيام التالية للانفجار الذي يأتي من مادة على حافة السقوط في الثقب الأسود.
هذه الإشارة الواضحة ، التي تسمى التذبذب شبه الدوري أو QPO ، هي سمة مميزة لأقراص التراكم التي غالبًا ما تحيط بالأجسام الأكثر إحكاما في الكون - النجوم القزمة البيضاء والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء. شوهدت QPOs في العديد من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ، وهناك أدلة محيرة لها في عدد قليل من الثقوب السوداء التي قد تحتوي على كتل وزن متوسط تتراوح بين 100 و 100000 مرة من الشمس.
حتى الاكتشاف الجديد ، تم الكشف عن QPOs حول ثقب أسود فائق واحد فقط - النوع الذي يحتوي على ملايين الكتل الشمسية ويقع في مراكز المجرات. هذا الكائن هو المجرة من نوع سيفرت REJ 1034 + 396 ، والتي تقع على مسافة 576 مليون سنة ضوئية قريبة نسبيًا.
"يوسع هذا الاكتشاف وصولنا إلى الحافة الداخلية لثقب أسود يقع على بعد مليارات السنين الضوئية ، وهو أمر مدهش حقًا. قال روبنز ريس ، زميل أينشتاين ما بعد الدكتوراه في جامعة ميشيغان في آن أربور ، إن هذا يمنحنا فرصة لاستكشاف طبيعة الثقوب السوداء واختبار النسبية لأينشتاين في وقت كان فيه الكون مختلفًا تمامًا عما هو عليه اليوم. قاد ريس الفريق الذي كشف عن إشارة QPO باستخدام بيانات من تلسكوبات Suzaku و XMM-Newton X-ray المدارية ، وهو اكتشاف تم وصفه في ورقة نشرت اليوم في Science Express.
تم اكتشاف مصدر الأشعة السينية المعروف باسم Swift J1644 + 57 - بعد إحداثياته الفلكية في كوكبة Draco - في 28 مارس 2011 ، من قبل القمر الصناعي Swift التابع لناسا. كان من المفترض في الأصل أن يكون نوعًا أكثر شيوعًا من الانفجارات يسمى انفجار أشعة غاما ، لكن تلاشيه التدريجي يتطابق مع أي شيء تمت رؤيته من قبل. سرعان ما التقى الفلكيون بفكرة أن ما كانوا يرونه هو ما أعقب حدثًا استثنائيًا حقًا - إيقاظ الثقب الأسود النائم في المجرة البعيدة أثناء تمزيقه والتهامه بنجم عابر. المجرة بعيدة جدًا لدرجة أن الضوء من الحدث كان عليه أن يسافر 3.9 مليار سنة قبل الوصول إلى الأرض.
معلومات الفيديو: في 28 مارس 2011 ، اكتشفت Swift من وكالة ناسا مشاعل الأشعة السينية المكثفة التي يعتقد أنها ناتجة عن ثقب أسود يلتهم نجمًا. في أحد النماذج ، الموضح هنا ، يغرق نجم شبيه بالشمس على مدار غريب الأطوار بالقرب من الثقب الأسود المركزي لمجرته. يغذي حوالي نصف كتلة النجم قرص تراكم حول الثقب الأسود ، والذي بدوره يشغل نفاثة الجسيمات التي ترسل الإشعاع نحو الأرض. الائتمان: مركز غودارد لرحلات الفضاء / مختبر الصورة المفاهيمية التابع لناسا
شهد النجم مدًا شديدًا حيث وصل إلى أقرب نقطة له إلى الثقب الأسود وتمزق سريعًا. سقط بعض غازه باتجاه الثقب الأسود وشكل قرصًا حوله. تم تسخين الجزء الأعمق من هذا القرص بسرعة إلى درجات حرارة تصل إلى ملايين الدرجات ، وهو ساخن بما يكفي لإصدار الأشعة السينية. في الوقت نفسه ، من خلال العمليات التي لا تزال غير مفهومة تمامًا ، يتم توجيه الطائرات بشكل عمودي على القرص المتشكل بالقرب من الثقب الأسود. فجرت هذه الطائرات المادة إلى الخارج بسرعات أكبر من 90٪ من سرعة الضوء على طول محور دوران الثقب الأسود. حدث واحد من هذه الطائرات للتوجيه مباشرة إلى الأرض.
بعد تسعة أيام من الانفجار ، لاحظ ريس وستروهمير وزملاؤهم سويفت J1644 + 57 باستخدام Suzaku ، وهو قمر صناعي بالأشعة السينية تديره وكالة استكشاف الفضاء اليابانية بمشاركة وكالة ناسا. بعد ذلك بعشرة أيام تقريبًا ، بدأوا حملة مراقبة أطول باستخدام مرصد XMM-Newton التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.
"لأن المادة في الطائرة كانت تتحرك بسرعة كبيرة وانحرفت إلى خط نظرنا تقريبًا ، عززت تأثيرات النسبية إشارة الأشعة السينية الخاصة بها بما يكفي حتى نتمكن من التقاط QPO ، والذي كان من الصعب اكتشافه على مسافة كبيرة جدًا قال تود ستروماير ، عالم فيزياء فلكية ومؤلف مشارك للدراسة في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا في جرينبيلت ، ماريلاند.
نظرًا لأن الغاز الساخن في القرص الداخلي الأعمق يتجه نحو الثقب الأسود ، فإنه يصل إلى نقطة يشير إليها علماء الفلك على أنها المدار الدائري الداخلي الثابت (ISCO). أي أقرب إلى الثقب الأسود والغاز يغرق بسرعة في أفق الحدث ، نقطة اللاعودة. يميل الغاز الحلزوني الداخلي إلى التراكم حول ISCO ، حيث يصبح ساخنًا بشكل كبير ويشع فيضان من الأشعة السينية. يختلف سطوع هذه الأشعة السينية في نمط يتكرر على فترات منتظمة تقريبًا ، مما يخلق إشارة QPO.
تشير البيانات إلى أن QPO الخاص بـ Swift J1644 + 57 يتم تدويره كل 3.5 دقيقة ، مما يضع منطقة مصدره بين 2.2 و 5.8 مليون ميل (4 إلى 9.3 مليون كم) من مركز الثقب الأسود ، وتعتمد المسافة الدقيقة على مدى سرعة الثقب الأسود يدور. لوضع هذا في المنظور ، فإن المسافة القصوى تبلغ حوالي 6 أضعاف قطر شمسنا. تعتمد المسافة من منطقة QPO إلى أفق الحدث أيضًا على سرعة الدوران ، ولكن بالنسبة لثقب أسود يدور حسب أقصى معدل نظري ، فإن الأفق يقع داخل ISCO.
قال ريس: "ترسل QPOs معلومات إلينا من حافة الثقب الأسود ، حيث تصبح تأثيرات النسبية أكثر تطرفًا". "إن القدرة على الحصول على نظرة ثاقبة لهذه العمليات على مثل هذه المسافة الشاسعة هي نتيجة جميلة حقًا وتبشر بوعود كبيرة."
شرح الصورة الرئيسية: يوضح هذا الرسم التوضيحي السمات الرئيسية لـ Swift J1644 + 57 ويلخص ما اكتشفه علماء الفلك حول هذا الموضوع. الائتمان: مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
