لشيء لا ينبعث منه ضوء يمكننا اكتشافهاو الثقوب السوداء فقط أحب أن يغطسوا أنفسهم في التألق.
في الواقع ، يأتي بعض من ألمع الضوء في الكون من الثقوب السوداء الهائلة. حسنًا ، ليس في الواقع الثقوب السوداء نفسها ؛ إنها المادة من حولهم لأنهم ينثرون بنشاط كميات هائلة من المادة من محيطهم المباشر.
من بين ألمع هذه العوامات الدوامة للمواد الساخنة هي المجرات المعروفة باسم blazars. فهي لا تتوهج فقط مع حرارة الغلاف الدوامي ، ولكنها أيضًا توجه المواد إلى حزم “مشتعلة” تتنقل عبر الكون ، وتطلق الإشعاع الكهرومغناطيسي عند طاقات يصعب فهمها.
اكتشف العلماء أخيرًا آلية إنتاج الضوء المذهل عالي الطاقة الذي يصل إلينا منذ مليارات السنين: الصدمات في ثقب أسودالنفاثات التي تزيد من سرعة الجسيمات إلى سرعات مذهلة.
“هذا لغز عمره 40 عامًا تم حله ،” يقول عالم الفلك يانيس ليوداكيس المركز الفنلندي لعلم الفلك مع ESO (FINCA). “لقد حصلنا أخيرًا على كل قطع الأحجية ، وكانت الصورة التي رسموها واضحة.”
معظم المجرات في الكون مبنية حول ثقب أسود هائل. هذه الأجسام الكبيرة المحيرة للعقل تجلس في مركز المجرة ، وأحيانًا تفعل القليل جدًا (مثل القوس أ *، الثقب الأسود في قلب مجرة درب التبانة) وأحيانًا يفعل الكثير.
يتكون هذا النشاط من مواد تراكمية. تتجمع سحابة ضخمة في قرص استوائي حول الثقب الأسود ، وتدور حوله مثل الماء حول المصرف. تؤدي التفاعلات الاحتكاكية والجاذبية التي تحدث في الفضاء المتطرف المحيط بالثقب الأسود إلى تسخين هذه المادة وتألقها بشكل ساطع عبر مجموعة من الأطوال الموجية. هذا أحد مصادر ضوء الثقب الأسود.
الآخر – الذي يلعب في البلازارات – عبارة عن نفاثات مزدوجة من المواد تم إطلاقها من المناطق القطبية خارج الثقب الأسود ، بشكل عمودي على القرص. يُعتقد أن هذه النفاثات عبارة عن مادة من الحافة الداخلية للقرص ، وبدلاً من أن تسقط باتجاه الثقب الأسود ، يتم تسريعها على طول خطوط المجال المغناطيسي الخارجية إلى القطبين ، حيث يتم إطلاقها بسرعات عالية جدًا ، قريبة من سرعة الضوء .
لتصنيف المجرة على أنها بلازار ، يجب توجيه هذه النفاثات بشكل مباشر تقريبًا نحو العارض. هذا نحن على الأرض. بفضل تسارع الجسيمات الشديد ، تتوهج بالضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك أشعة جاما عالية الطاقة والأشعة السينية.
كانت الطريقة الدقيقة التي تسرع بها هذه الطائرة الجسيمات إلى مثل هذه السرعات العالية علامة استفهام كونية عملاقة لعقود. ولكن الآن ، هناك تلسكوب جديد قوي للأشعة السينية يسمى مستكشف التصوير بالأشعة السينية Polarimetry Explorer (IXPE) ، الذي تم إطلاقه في ديسمبر 2021 ، للعلماء مفتاح حل اللغز. إنه أول تلسكوب فضائي يكشف عن اتجاه أو استقطاب الأشعة السينية.
“سمحت قياسات استقطاب الأشعة السينية الأولى لهذه الفئة من المصادر ، لأول مرة ، بإجراء مقارنة مباشرة مع النماذج التي تم تطويرها من مراقبة الترددات الأخرى للضوء ، من الراديو إلى أشعة جاما عالية الطاقة للغاية ،” يقول عالم الفلك إيماكولاتا دوناروما وكالة الفضاء الإيطالية.
تم تحويل IXPE إلى ألمع جسم عالي الطاقة في سمائنا ، بليزار يسمى ماركاريان 501 ، يقع على بعد 460 مليون سنة ضوئية في كوكبة هرقل. لمدة ستة أيام في مارس 2022 ، جمع التلسكوب بيانات عن ضوء الأشعة السينية المنبعث من طائرة بلازار.
في الوقت نفسه ، كانت المراصد الأخرى تقيس الضوء من نطاقات الطول الموجي الأخرى ، من الراديو إلى البصري ، والتي كانت في السابق البيانات الوحيدة المتاحة لـ Markarian 501.
سرعان ما لاحظ الفريق اختلافًا غريبًا في ضوء الأشعة السينية. كان اتجاهها ملتويًا أو أكثر استقطابًا بشكل ملحوظ من أطوال موجات الطاقة المنخفضة. وكان الضوء البصري أكثر استقطابًا من ترددات الراديو.
ومع ذلك ، كان اتجاه الاستقطاب هو نفسه بالنسبة لجميع الأطوال الموجية ومحاذاة لاتجاه الطائرة. وجد الفريق أن هذا يتوافق مع النماذج التي تنتج فيها الصدمات في الطائرات موجات صدمة توفر تسارعًا إضافيًا على طول الطائرة النفاثة. الأقرب إلى الصدمة ، يكون هذا التسارع في أعلى مستوياته ، مما ينتج عنه الأشعة السينية. على طول الطائرة ، تفقد الجسيمات الطاقة ، مما ينتج عنه طاقة ضوئية منخفضة ومن ثم انبعاث راديو ، مع استقطاب أقل.
“عندما تعبر موجة الصدمة المنطقة ، يزداد المجال المغناطيسي قوة ، وتزداد طاقة الجسيمات” ، يقول عالم الفلك آلان مارشر من جامعة بوسطن. “تأتي الطاقة من طاقة الحركة للمادة التي تصنع موجة الصدمة.”
ليس من الواضح سبب حدوث الصدمات ، لكن إحدى الآليات المحتملة هي أن تلحق مادة أسرع في الطائرة النفاثة بالتجمعات البطيئة الحركة ، مما يؤدي إلى حدوث تصادمات. يمكن أن تساعد الأبحاث المستقبلية في تأكيد هذه الفرضية.
نظرًا لأن البلازارات هي من بين أقوى مسرعات الجسيمات في الكون ، وواحدة من أفضل المختبرات لفهم الفيزياء المتطرفة ، فإن هذا البحث يمثل جزءًا مهمًا جدًا من اللغز.
ستستمر الأبحاث المستقبلية في مراقبة Markarian 501 ، وتحويل IXPE إلى بلازارات أخرى لمعرفة ما إذا كان يمكن اكتشاف استقطاب مماثل.
تم نشر البحث في علم الفلك الطبيعي.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
