تم اكتشاف العديد من الثقوب السوداء "الصدى" في مجرة درب التبانة
انطباع الفنان عن قرص تراكم الثقب الأسود.
تساعد أصداء الضوء المنعكس على سحب كثيفة من المواد حول الثقوب السوداء النشطة علماء الفلك على فهم أفضل للزمكان الغريب في المنطقة المجاورة مباشرة لهذه الأجسام المتطرفة.
داخل مجرة درب التبانة ، حدد علماء الفلك لتوهم ثمانية أمثلة جديدة لهذه الثقوب السوداء التي يتردد صداها. في السابق ، تم التعرف على اثنين فقط داخل مجرتنا.
يسمح وجود مثل هذا العدد المتزايد بالقرب من المنزل بإجراء دراسة عن كثب لهذه الأجسام الرائعة ، من خلال الرؤية الفريدة التي يمكن أن تقدمها في فيزياء الثقوب السوداء.
يُعتقد أن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية - تلك التي تشكلت من انهيار نواة نجمية ضخمة - شائعة إلى حد ما في مجرة درب التبانة.
هناك ما يصل إلى مليار من الأشياء تدور حول المجرة ، ولكن من الصعب جدًا اكتشافها ؛ حتى الآن ، حددنا القليل منها فقط . هذا لأنه ، ما لم تكن نشطة ، فإنها لا تصدر أي إشعاع يمكننا اكتشافه. إنهم غير مرئيين بشكل فعال.
ومع ذلك ، عندما تكون الثقوب السوداء نشطة ، فإنها قصة مختلفة. الثقب الأسود النشط هو الذي اصطاد شيئًا ما في شبكة الجاذبية الخاصة به ، وهو يلتهمه تدريجيًا.
تشكل المادة قرصًا تراكميًا من الغبار والغاز يدور حول الثقب الأسود ويسقط فيه ، مثل الماء يدور وينزلق في البالوعة. تولد التفاعلات الاحتكاكية والتثاقلية المجنونة حرارة وضوءًا شديدين ، مما يتسبب في توهج المنطقة المحيطة بالثقب الأسود.
في الثقوب السوداء النادرة ، يمكننا أيضًا رؤية ظاهرة رائعة في العمل. بين الحين والآخر ، تتوهج المنطقة الموجودة داخل حافة قرص التراكم الأقرب إلى ثقب أسود فائق الكتلة بشكل ساطع - عندما يصل توهج الضوء هذا إلى الغبار ، ينعكس مرة أخرى - صدى.
بقيادة عالم الفيزياء الفلكية جينغي وانغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، استخدم فريق من الباحثين أداة آلية جديدة تسمى آلة الصدى للبحث عن جميع البيانات الأرشيفية من مرصد نايسر للأشعة السينية التابع لناسا ، بحثًا عن علامات منبهة لصدى الثقب الأسود.
أظهر هذا البحث ثمانية أنظمة - ثنائيات تحتوي على ثقب أسود ، مع نجم ثنائي مصاحب يتم تجريده تدريجياً والتهامه بواسطة الثقب الأسود.
يقول وانغ: "إننا نرى إشارات جديدة من الصدى في ثمانية مصادر" . وتتراوح كتلة الثقوب السوداء بين خمسة إلى 15 ضعف كتلة الشمس ، وكلها في أنظمة ثنائية ذات نجوم عادية منخفضة الكتلة تشبه الشمس.
على الرغم من ندرتها ، يمكن أن تخبرنا هذه الأصداء كثيرًا عن البيئة المحيطة بالثقب الأسود. يمكن تحليل الضوء ، من كل من الاندفاع الأولي والصدى ، لقياس المسافة بين الثقب الأسود والغبار ، تمامًا مثل استخدام الخفاش لتحديد الموقع بالصدى للتنقل في محيطه.
يمكن أيضًا استخدام أصداء الثقب الأسود لدراسة كيفية تغير هالة الثقب الأسود وقرص التراكم مع "تغذية" الثقب الأسود. الهالة هي منطقة الإلكترونات الساخنة بين الحافة الداخلية لقرص التراكم وأفق الحدث.
بعد ذلك ، قام الفريق بتحليل الأنظمة الثنائية العشرة الباعثة للأشعة السينية ، وقسم البيانات إلى مجموعات ذات فترات زمنية متشابهة بين انفجار الأشعة السينية الأولي والضوء المردد. سمح لهم ذلك بتتبع التغييرات في أصداء الأشعة السينية ، لتطوير صورة عامة لكيفية تغير الثقب الأسود أثناء انفجار الأشعة السينية.
أولاً ، يبدأ الثقب الأسود في حالة "صلبة" ، ويولد إكليلًا ويصدر دفعات عالية السرعة من البلازما من المناطق الموجودة فوق أقطابها. عندما تهيمن هذه العمليات على ملف طاقة الثقب الأسود ، تكون الفترات الزمنية بين رشقات الأشعة السينية وصدىها قصيرة ، على مقياس ملي ثانية.
تستمر هذه الحالة لبضعة أسابيع ، قبل أن تهدأ إلى حالة "لينة" تهيمن عليها الأشعة السينية منخفضة الطاقة من قرص التنامي. خلال هذا الانتقال ، تطول الفترات الزمنية بين الرشقات والصدى.
نظرًا لأن سرعة الضوء ثابتة ، فإن هذا الفارق الزمني المتزايد يشير إلى أن المسافة بين الهالة والقرص تطول.
يعتقد الفريق أن هذا قد يعني أن الإكليل يتمدد للأعلى وللخارج مع تلاشي حدث التغذية ويهدأ الثقب الأسود ، إلى أن يتم تجريد نوبة التغذية التالية من المواد المصاحبة لها.
ليس الأمر واضحًا تمامًا بعد ، لكن النتائج لها آثار ليس فقط لفهم هذه الأنواع الصغيرة من الثقوب السوداء ، ولكن أيضًا العملاق الهائل الذي يمكن العثور عليه في قلب المجرات. وهذا بدوره قد يساعدنا على فهم تطور الكون بشكل أفضل.
يقول الفيزيائي إيرين كارا من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الذي كان يعمل على تحويل أصداء الثقب الأسود إلى صوت ، "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."