ما الذي يحرك المجرات؟ قد يكون الثقب الأسود في مجرة ​​درب التبانة هو المفتاح

في 12 مايو في تسعة مؤتمرات صحفية متزامنة حول العالم ، علماء الفيزياء الفلكية كشف الصورة الأولى من الثقب الأسود في قلب مجرة ​​درب التبانة. في البداية ، على الرغم من روعة الصورة التي تم إنتاجها بشق الأنفس لحلقة الضوء حول حفرة الظلام المركزية في مجرتنا ، بدت وكأنها تثبت فقط ما توقعه الخبراء بالفعل: يوجد ثقب أسود هائل لمجرة درب التبانة ، وهو يدور ، ويخضع لألبرت أينشتاين. النظرية النسبية العامة.

ومع ذلك ، عند الفحص الدقيق ، لا تتراكم الأشياء تمامًا.

قدر الباحثون من سطوع كعك الضوء كيف بسرعة تسقط المادة على القوس A * – الاسم الذي يطلق على الثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة. الجواب: ليس بسرعة على الإطلاق. قال “إنه مسدود إلى حد ضئيل” بريا ناتاراجان، عالم الكونيات بجامعة ييل ، يقارن المجرة برأس دش مكسور. بطريقة ما فقط جزء من الألف من المسألة تتدفق إلى مجرة ​​درب التبانة من وسط المجرات المحيط يجعله على طول الطريق إلى الحفرة. قال ناتاراجان: “هذا يكشف عن مشكلة كبيرة”. “إلى أين يذهب هذا الغاز؟ ماذا يحدث للتيار؟ من الواضح جدًا أن فهمنا لنمو الثقب الأسود مشكوك فيه “.

على مدار ربع القرن الماضي ، أدرك علماء الفيزياء الفلكية ما هي العلاقة الديناميكية المتماسكة الموجودة بين العديد من المجرات والثقوب السوداء في مراكزهم. يقول: “لقد كان هناك تحول كبير حقًا في هذا المجال” راميش نارايان، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة هارفارد. “كانت المفاجأة أن الثقوب السوداء مهمة كمشكلين ومراقبين لكيفية تطور المجرات.”

هذه الثقوب العملاقة – تركيزات المادة شديدة الكثافة بحيث تمنع الجاذبية حتى الضوء من الهروب – تشبه محركات المجرات ، لكن الباحثين بدأوا للتو في فهم كيفية عملها. تجذب الجاذبية الغبار والغاز إلى الداخل إلى مركز المجرة ، حيث تشكل قرص تراكم دوامي حول الثقب الأسود الهائل ، وتسخن وتتحول إلى بلازما بيضاء ساخنة. بعد ذلك ، عندما يبتلع الثقب الأسود هذه المادة (إما في القطرات أو في رشقات نارية مفاجئة) ، يتم بصق الطاقة مرة أخرى إلى المجرة في عملية تغذية مرتدة. قال: “عندما ينمو ثقبًا أسود ، فإنك تنتج الطاقة وتفرغها في البيئة المحيطة بكفاءة أكبر من أي عملية أخرى نعرفها في الطبيعة.” إليوت كواتيرت، عالم الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة برينستون. تؤثر هذه التغذية الراجعة على معدلات تشكل النجوم وأنماط تدفق الغاز في جميع أنحاء المجرة.

لكن الباحثين ليس لديهم سوى أفكار غامضة حول الحلقات “النشطة” للثقوب السوداء فائقة الكتلة ، والتي تحولها إلى ما يسمى نوى المجرة النشطة (AGNs). ما هي آلية الزناد؟ ما هو مفتاح الاغلاق؟ هذه هي الأسئلة الأساسية التي ما زلنا نحاول طرحها ” قاعة كيرستن من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية.

من المعروف أن ردود الفعل النجمية ، التي تحدث عندما ينفجر نجم على شكل مستعر أعظم ، لها تأثيرات مشابهة لتأثيرات نوى مجرية نشطة على نطاق أصغر. هذه المحركات النجمية كبيرة بما يكفي لتنظيم المجرات “القزمة” الصغيرة ، في حين أن المحركات العملاقة للثقوب السوداء فائقة الكتلة هي الوحيدة القادرة على السيطرة على تطور أكبر المجرات “الإهليلجية”.

من ناحية الحجم ، تقع مجرة ​​درب التبانة ، وهي مجرة ​​حلزونية نموذجية ، في المنتصف. مع وجود القليل من العلامات الواضحة على النشاط في مركزها ، كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن مجرتنا تهيمن عليها ردود الفعل النجمية. لكن العديد من الملاحظات الحديثة تشير إلى أن ردود فعل النوى المجرية النشطة تشكلها أيضًا. من خلال دراسة تفاصيل التفاعل بين آليات التغذية الراجعة هذه في مجرتنا الأصلية – والتصارع مع الألغاز مثل القاتمة الحالية لـ Sagittarius A * – يأمل علماء الفيزياء الكاستروية في معرفة كيفية تطور المجرات والثقوب السوداء بشكل عام. قال ناتاراجان إن مجرة ​​درب التبانة “أصبحت أقوى مختبر فيزيائي فلكي”. من خلال تقديمه كعالم مصغر ، “قد يحمل المفتاح”.

محركات المجرة

بحلول أواخر التسعينيات ، تقبل علماء الفلك بشكل عام وجود ثقوب سوداء في مراكز المجرات. بحلول ذلك الوقت ، كان بإمكانهم الرؤية بالقرب من هذه الأشياء غير المرئية لاستنباط كتلتها من تحركات النجوم من حولهم. أ نشأ زواج غريب: كلما زادت كتلة المجرة ، زاد ثقبها الأسود المركزي. “كان هذا ضيقًا بشكل خاص ، وكان ثوريًا تمامًا. بطريقة ما الثقب الأسود يتحدث إلى المجرة ، “قال تيزيانا دي ماتيوعالم فيزياء فلكية في جامعة كارنيجي ميلون.

الارتباط مدهش عندما تفكر في أن الثقب الأسود – كبير كما هو – هو جزء ضئيل من حجم المجرة. (يزن القوس A * حوالي 4 ملايين شمس ، على سبيل المثال ، بينما تقيس مجرة ​​درب التبانة حوالي 1.5 تريليون كتلة شمسية.) ولهذا السبب ، فإن جاذبية الثقب الأسود تسحب فقط بأي قوة على المنطقة الأعمق من المجرة.