الثلاثاء/2018/04/24
الرئيسية / الفضاء / الثقب الاسود وكشف سر نفاثات البلازما الساطعة المندفعة منه

الثقب الاسود وكشف سر نفاثات البلازما الساطعة المندفعة منه

الثقب الاسود



الثقب الاسود وكشف سر نفاثات البلازما الساطعة المندفعة منه

الثقب الاسود

 

سر نفاثات البلازما المندفعة من الثقوب السوداء

الثقب الاسود

كان الثقب الاسود يشكل لغز للعلماء والاكثر منه هو سر نفاثات البلازما المندفعة من جانبيه

والمحملة بطاقة وسطوع من الضوء عالية جداً

مما دعى العلماء للبحث عن سر تكونها ومتى تتكون وكيف ؟!

فالثقوب السوداء تشتهر بكونها آكلة مفترسة ولكنها لا تأكل وتلتهم كل ما يسقط نحوها.

فجزء صغير من المواد تقذف مرة أخرى على شكل نفاثات قوية من الغاز الساخن وتسمى نفاثات البلازما،

والتي يمكن أن تعيث فسادا بمحيطها..

ولكن على طول مسارها وبطريقة ما تحصل هذه النفاثات من البلازما على طاقة بما يكفي لتشع الضوء بقوة،

وتشكيل عمودان مشرقان وساطعان على طول محور دوران الثقب الأسود

الثقب الاسود
صورة تصورية تبين شكل نفاثات البلازما المندفعه من الثقب الاسود والقرص المزود

 

أدلة جديدة لكشف سر اندفاع نفاثات البلازما من الثقب الاسود:

لقد ناقش العلماء لوقت طويل أين وكيف يحدث هذا الاندفاع في النفاثات

واصبح لدى الفلكيين أدلة جديدة لهذا السر.

وباستخدام تلسكوب نوستار الفضائي التابع لوكالة ناسا

وكاميرا فائقة سريعة تدعى ألتراكام على مرصد وليام هيرشيل في لا بالما في اسبانيا،

تمكن العلماء من قياس المسافة التي تقطعها الجسيمات في النفاثات قبل أن تتحول إلى مصادر مشعة وساطعة للضوء.

وتسمى هذه المسافة “منطقة التسارع”..

ولقد نُشرت الدراسة في مجلة علم الفلك الطبيعة.

حيث نظر العلماء لنظامان في درب التبانة يسميان “الثنائيات السينية”،

وكل منهما يتألف من ثقب أسود يتغذى على نجم عادي.

و درسوا هذه الأنظمة عند نقاط مختلفة خلال فترات الانفجارات والتوهجات..

الانفجارات والتوهجات هي عندما يضيء *القرص المتراكم او القرص المزود بسبب المواد التي تسقط فيه

(*القرص المتراكم هو  عبارة عن بنية مسطحة للمادة التي تدور حول الثقب الأسود) .

وقد وصل نظام واحد يسمى V404 Cygni إلى ذروة سطوعه تقريبا عندما رصده العلماء في يونيو 2015.

وفي ذلك الوقت شهد النظام أشد انفجار من ثنائي أشعة سينية شوهد في القرن الحادي والعشرين.

الثقب الاسود
الصورة التي رصدتها الاشعة السينية لنظام V404 Cygni وتوضح اصداء الانفجار بالاشعة السينية عام 2015

 

والنظام الآخر يسمى GX 339-4 ، وكان سطوعه أقل من 1% من سطوعه الأقصى المتوقع عندما لوحظ.

النجم و الثقب الأسود في نظام GX 339-4 هما أقرب بكثير لبعضهم مما هو حاصل في نظام V404 Cygni.

وعلى الرغم من اختلافاتهم فقد أظهر  النظامان تأخيرات زمنية متماثلة – حوالي عشر من الثانية –

بين اكتشاف تليسكوب نوستار أول ضوء أشعة سينية وبين اكتشاف كاميرا ألتراكام  التوهج في الضوء المرئي

وهذا التأخير هو أقل من لمحة البصر، ولكنها تعتبر كبيرة بالنسبة لفيزياء نفاثات الثقب الأسود.

الثقب الاسود
صورة تصورية لنظام GX 339-4 المكون من ثقب اسود ونجم عادي ونلاحظ النفاثات المندفعة

 

وقال بوشاك غاندي، المؤلف الرئيسي للدراسة:

“هناك احتمال واحد هو أن فيزياء النفاثات لا يحددها حجم القرص،

ولكن  السرعة ودرجة الحرارة وغيرها من خصائص الجسيمات على قاعدة النفاثات”

وقد كان تفسير أفضل العلماء النظريين لهذه النتائج هو:

أن ضوء الأشعة السينية ينبع من مادة قريبة جدا من الثقب الأسود.

حيث المجالات المغناطيسية القوية تدفع بعض هذه المواد إلى سرعات عالية على طول النفاثات

وهذا يسبب تصادم الجسيمات بسرعة تقارب سرعة الضوء،

وتسبب تنشيط البلازما حتى تبدأ في بعث تيارات من الإشعاع المرئي التي التقطتها كاميرا ألتراكام.

الثقب الاسود
العالم بوشاك غاندي

أين يحدث ذلك في النفاثات؟

ان هذا التأخير المقاس بين الضوء البصري والأشعة السينية يفسر لنا هذا.

فعن طريق ضرب كمية الوقت بسرعة الجسيمات،التي تكاد تقارب سرعة الضوء

تمكن للعلماء تحديد المسافة القصوى الممكن قطعها.

ويمثل هذا المدى الذي تبلغ مساحته حوالي 19000 ميل (30000 كيلومتر) منطقة التسارع الداخلي للنفاثات

حيث تشعر البلازما بأقوى تسارع و “تظهر” من خلال انبعاث الضوء.

وهذه المساحة توازي أقل بقليل من ثلاثة أضعاف قطر الأرض، ولكنها ضئيلة بالنسبة للمساحات الكونية،

وخاصة بالنظر إلى الثقب الأسود V404 Cygni الذي يزن حوالي 3 ملايين أرض مجتمعة معاً.

صورة تصورية لنظام ثنائي مكون من ثقب اسود ونجم عادي

وقال دانيال ستيرن، المؤلف المشارك في الدراسة في ناسا :

“يأمل علماء الفلك في تحسين نماذج آليات اندفاع النفاثات باستخدام نتائج هذه الدراسة”.

الثقب الاسود
العالم دانييل ستيرن

كيف تم القياس؟

ان عمل هذه القياسات لم يكن سهلا.

فتلسكوبات الأشعة السينية في الفضاء والتلسكوبات البصرية على الأرض يجب أن ترصد ثنائيات الأشعة السينية في نفس الوقت

وبالضبط خلال حدوث الانفجارات وتقدمها للعلماء لحساب التأخير الضئيل بين الرصدات

ويتطلب هذا التنسيق بين التلسكوبات تخطيط معقد بين أفرقة الرصد.

وفي الواقع كان التنسيق بين نوستار و ألتراكام ممكنا فقط لمدة ساعة تقريبا خلال حدوث انفجار 2015،

ولكن هذا كان كافياً لحساب النتائج الرائدة حول منطقة التسارع.

 

الثقب الاسود
صورة توضيحية لتليسكوب نوستار

 

ويبدو أن النتائج ترتبط أيضا مع فهم العلماء حول الثقوب السوداء الهائلة،

وهي أكبر بكثير من تلك الموجودة في هذه الدراسة.

وفي نظام واحد كبير يسمى BL Lac، يوازي وزنه 200 مليون مرة من كتلة الشمس،

استدل العلماء على ان وقت التأخير اكبر بملايين المرات مما وجدته هذه الدراسة.

وهذا يعني أن حجم منطقة تسارع النفاثات من المرجح أنها مرتبطه بكتلة الثقب الأسود.

 

الثقب الاسود
مرصد ويليام هيرشيل حيث توجد الالتراكام الكاميرا الفائقة

وقال غاندي:

“نحن متحمسون لأنه يبدو أننا وجدنا مقياسا مميزا يتعلق بالعمل الداخلي للنفاثات،

ليس فقط في الثقوب السوداء النجمية مثل V404 Cygni، ولكن أيضا في الثقب الاسود االفائق الحجم.”

 

وماذا بعد؟

الخطوات التالية هي تأكيد هذا التأخير المقاس في رصدات الثنائيات الأخرى للأشعة السينية،

ووضع نظرية يمكنها ان تربط النفاثات مع الثقوب السوداء من جميع الأحجام.

وقالت فيونا هاريسون أستاذة علم الفلك :

“التليسكوبات الأرضية والفضائية العالمية التي تعمل معا، هي مفتاح هذا الاكتشاف،

ولكن هذه ليست سوى نظرة خاطفة، ولا يزال هناك الكثير مما ينبغي تعلمه،

والمستقبل مشرق فعلاً لفهم الفيزياء المتطرفة للثقوب السوداء”

الثقب الاسود
فيونا هاريسون أستاذة علم الفلك

 

 

***



**

اعداد وتنسيق وترجمة موقع مجلة علوم الفلك والفضاء

*

اترك رد