ما هو الثقب الأسود الهائل؟

Send

في عام 1971 ، افترض علماء الفلك الإنجليز دونالد ليندن بيل ومارتن ريس أن الثقب الأسود الهائل (SMBH) موجود في مركز مجرتنا درب التبانة. وقد استند هذا إلى عملهم مع المجرات الراديوية ، والتي أظهرت أن الكميات الضخمة من الطاقة التي تشعها هذه الأجسام كانت بسبب الغاز والمادة التي تتراكم على ثقب أسود في مركزها.

بحلول عام 1974 ، تم العثور على أول دليل على SMBH عندما اكتشف الفلكيون مصدرًا لاسلكيًا ضخمًا قادمًا من مركز مجرتنا. هذه المنطقة ، التي أطلقوا عليها اسم Sagittarius A * ، أكبر بأكثر من 10 مليون مرة مثل شمسنا. منذ اكتشافه ، وجد الفلكيون دليلاً على وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكز معظم المجرات اللولبية والبيضاوية في الكون المرئي.

وصف:

تتميز الثقوب السوداء الهائلة (SMBH) عن الثقوب السوداء ذات الكتلة المنخفضة بعدة طرق. بالنسبة للمبتدئين ، بما أن SMBH لديها كتلة أعلى بكثير من الثقوب السوداء الأصغر ، فإن لديهم أيضًا متوسط كثافة أقل. هذا يرجع إلى حقيقة أنه مع جميع الأجسام الكروية ، يكون الحجم متناسبًا بشكل مباشر مع مكعب نصف القطر ، في حين أن الحد الأدنى لكثافة الثقب الأسود يتناسب عكسيًا مع مربع الكتلة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن قوى المد والجزر بالقرب من أفق الحدث أضعف بشكل كبير للثقوب السوداء الضخمة. كما هو الحال مع الكثافة ، تتناسب قوة المد والجزر على الجسم في أفق الحدث بشكل عكسي مع مربع الكتلة. على هذا النحو ، لن يعاني الجسم من قوة المد والجزر الكبيرة حتى يكون عميقًا جدًا في الثقب الأسود.

تشكيل - تكوين:

كيف يتم تشكيل SMBHs يبقى موضوع الكثير من النقاش العلمي. يعتقد علماء الفيزياء الفلكية إلى حد كبير أنهم نتيجة عمليات اندماج الثقب الأسود وتراكم المادة. ولكن من أين جاءت "بذور" (أي أسلاف) هذه الثقوب السوداء من حيث يحدث الخلاف. حاليًا ، الفرضية الأكثر وضوحًا هي أنها بقايا العديد من النجوم الضخمة التي انفجرت ، والتي تكونت من تراكم المادة في مركز المجرة.

نظرية أخرى هي أنه قبل تشكل النجوم الأولى في مجرتنا ، انهارت سحابة غازية كبيرة إلى "نجم qausi" أصبح غير مستقر للاضطرابات الشعاعية. ثم تحولت إلى ثقب أسود من حوالي 20 كتلة شمسية دون الحاجة إلى انفجار مستعر أعظم. مع مرور الوقت ، تراكمت الكتلة بسرعة لتصبح ثقبًا متوسطًا ثم فائق الكتلة.

في نموذج آخر ، تعرضت الكتلة النجمية الكثيفة لانهيار اللب نتيجة لتشتت السرعة في قلبها ، والذي حدث بسرعات نسبية بسبب السعة الحرارية السلبية. أخيرًا ، هناك نظرية مفادها أن الثقوب السوداء البدائية ربما تكون قد أنتجت مباشرة من الضغط الخارجي مباشرة بعد الانفجار العظيم. هذه النظريات وغيرها لا تزال نظرية في الوقت الحاضر.

القوس أ *:

تشير خطوط الأدلة المتعددة إلى وجود SMBH في مركز مجرتنا. في حين لم يتم إجراء ملاحظات مباشرة على القوس A * ، فقد تم الاستدلال على وجوده من تأثيره على الأشياء المحيطة. وأبرزها هو S2 ، وهو نجم يتدفق في مدار بيضاوي الشكل حول مصدر الراديو القوس.

لدى S2 فترة مدارية تبلغ 15.2 سنة وتصل إلى مسافة لا تقل عن 18 مليار كيلومتر (11.18 مليار ميل ، 120 AU) من مركز الجسم المركزي. فقط الجسم الضخم يمكن أن يفسر ذلك ، لأنه لا يمكن تمييز أي سبب آخر. ومن المعلمات المدارية لـ S2 ، تمكن الفلكيون من إنتاج تقديرات لحجم وكتلة الجسم.

على سبيل المثال ، دفعت حركات S2s علماء الفلك إلى حساب أن الجسم الموجود في مركز مداره يجب أن لا يقل عن 4.1 مليون كتلة شمسية (8.2 × 10 tons طن متري ؛ 9.04 × 104 طن أمريكي). علاوة على ذلك ، يجب أن يكون نصف قطر هذا الجسم أقل من 120 AU ، وإلا فإن S2 سوف تصطدم به.

ومع ذلك ، تم تقديم أفضل دليل حتى الآن في عام 2008 من قبل معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض ومجموعة مركز المجرة UCLAs. باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها على مدى 16 عامًا بواسطة التلسكوب الكبير جدًا من ESO و Keck Telescope ، تمكنوا من تقدير المسافة إلى مركز مجرتنا بدقة (27000 سنة ضوئية من الأرض) ، ولكن أيضًا تتبع مدارات النجوم هناك بدقة هائلة.

كما قال راينهارد جينزيل ، قائد الفريق من معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض:

“مما لا شك فيه أن الجانب الأكثر إثارة في دراستنا طويلة المدى هو أنها قدمت ما يعتبر الآن أفضل دليل تجريبي على وجود ثقوب سوداء فائقة الضخامة. تُظهر المدارات النجمية في مركز المجرة أن تركيز الكتلة المركزية لأربعة ملايين كتلة شمسية يجب أن يكون ثقبًا أسود ، دون أي شك معقول. "

جاء مؤشر آخر لوجود القوس A * s في 5 يناير 2015 ، عندما أبلغت وكالة ناسا عن حدوث توهج قياسي للأشعة السينية قادم من مركز مجرتنا. بناء على قراءات من مرصد تشاندرا للأشعة السينية ، فقد أبلغوا عن انبعاثات أكثر 400 مرة من المعتاد. كان يعتقد أن هذا ناتج عن سقوط كويكب في الثقب الأسود ، أو عن طريق تشابك خطوط المجال المغناطيسي داخل الغاز المتدفق إليه.

المجرات الأخرى:

وقد وجد علماء الفلك أيضًا أدلة على وجود SMBHs في مركز المجرات الأخرى داخل المجموعة المحلية وخارجها. وتشمل هذه مجرة Andromeda (M31) والمجرة الإهليلجية M32 ، والمجرة اللولبية البعيدة NGC 4395. وهذا يعتمد على حقيقة أن النجوم وسحب الغازات بالقرب من مركز هذه المجرات تُظهر زيادة ملحوظة في السرعة.

إشارة أخرى هي النوى المجرة النشطة (AGN) ، حيث يتم اكتشاف دفقات ضخمة من الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء والبصرية والأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة السينية ونطاقات موجة أشعة غاما قادمة من مناطق المادة الباردة (الغاز والغبار ) في مركز المجرات الأكبر. في حين أن الإشعاع لا يأتي من الثقوب السوداء نفسها ، يعتقد أن التأثير الذي سيكون له مثل هذا الجسم الضخم على المادة المحيطة هو السبب.

باختصار ، يشكل الغاز والغبار أقراص تراكم في مركز المجرات تدور حول الثقوب السوداء الهائلة ، وتغذيها تدريجيًا. تضغط قوة الجاذبية المذهلة في هذه المنطقة على مادة القرص حتى تصل إلى ملايين الدرجات الكلفينية ، وتولد إشعاعًا مشرقًا وطاقة كهرومغناطيسية. تتكون هالة من المواد الساخنة فوق قرص التنامي أيضًا ، ويمكن أن تبعثر الفوتونات حتى طاقات الأشعة السينية.

كما يخلق التفاعل بين المجال المغناطيسي الدوار SMBH وقرص التنامي نفاثات مغناطيسية قوية تطلق المواد فوق وتحت الثقب الأسود بسرعات نسبية (أي عند جزء كبير من سرعة الضوء). يمكن أن تمتد هذه الطائرات لمئات الآلاف من السنوات الضوئية ، وهي مصدر ثان محتمل للإشعاع المرصود.

عندما يندمج هاتف Andromeda Galaxy مع منطقتنا في غضون بضعة مليارات من السنين ، فإن الثقب الأسود الهائل الموجود في مركزه سوف يندمج مع ثقبنا الخاص ، مما ينتج ثقبًا أكبر وأكثر قوة. من المحتمل أن يؤدي هذا التفاعل إلى طرد العديد من النجوم من مجرتنا المجمعة (التي تنتج النجوم المارقة) ، ومن المحتمل أيضًا أن يتسبب في أن تصبح نواتنا المجرية (التي تكون غير نشطة حاليًا) نشطة مرة أخرى.

دراسة الثقوب السوداء لا تزال في مهدها. وما تعلمناه خلال العقود القليلة الماضية فقط كان مثيرًا ومثيرًا للإعجاب. سواء كانت ذات كتلة أقل أو فائقة الكتلة ، فإن الثقوب السوداء جزء لا يتجزأ من كوننا وتلعب دورًا نشطًا في تطورها.

من يدري ما سنجده ونحن نتعمق في الكون؟ ربما في يوم من الأيام سنكون التكنولوجيا ، والجرأة المطلقة ، حتى نتمكن من محاولة الذروة تحت حجاب أفق الحدث. هل يمكنك تخيل حدوث ذلك؟

لقد كتبنا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول الثقوب السوداء هنا في مجلة الفضاء. إليك ما وراء أي شك معقول: ثقب أسود هائل يعيش في مركز مجرتنا ، يكشف X-Ray Flare Echo عن ثقب أسود هائل ، كيف تزن ثقبًا أسود هائلًا؟ قم بقياس درجة حرارته ، وماذا يحدث عندما تصطدم الثقوب السوداء الهائلة؟

يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات ذات الصلة حول هذا الموضوع. إليك الحلقة 18: الثقوب السوداء الكبيرة والصغيرة ، والحلقة 98: النجوم الزائفة.

المزيد للاستكشاف: حلقات فريق علم الفلك النجوم الزائفة ، و Black Holes Big and Small.

مصادر: