تكشف التلسكوبات عن الدوران السريع للثقب الأسود في مجرة ​​درب التبانة الذي يشوه الزمكان

• قد تساعد دراسة جديدة في حل مسألة مدى السرعة درب التبانةمن هو عملاق الثقب الأسود الدوران.
• تبلغ كتلة الثقب الأسود، المعروف باسم القوس A* (Sgr A*)، 4 ملايين مرة كتلة الشمس.
• استخدام ناسافي مرصد شاندرا للأشعة السينية والمصفوفة الأكبر لـ NSF، وجدت الدراسة أن القوس A* يدور بسرعة كبيرة.
• يؤدي هذا الدوران العالي إلى تشويه الزمكان حول القوس A*، لذا فهو يتخذ شكل كرة القدم الأمريكية.

يصور الرسم التوضيحي لهذا الفنان نتائج دراسة جديدة للثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا، والمعروف باسم Sagittarius A* (المختصر بـ Sgr A*). والنتيجة هي أن القوس A* يدور بسرعة كبيرة لدرجة أنه يجعل الزمكان – أي الأبعاد الثلاثة للزمان والمكان – يبدو وكأنه كرة قدم.

النتائج مأخوذة من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا ومرصد كارل جي. تم تصنيعها باستخدام Jansky Very Large Array (VLA). واستخدم فريق من الباحثين طريقة جديدة الأشعة السينية وتحدد البيانات الراديوية مدى سرعة دوران القوس A* أثناء تدفق المواد باتجاه الثقب الأسود وبعيدًا عنه. ووجدوا أن القوس A* يدور بسرعة زاوية تبلغ حوالي 60% من أقصى قيمة ممكنة له، وبزخم زاوي يبلغ حوالي 90% من أقصى قيمة ممكنة.

تمتلك الثقوب السوداء خاصيتين أساسيتين: كتلتها (وزنها) ودورانها (مدى سرعة دورانها). وتحديد إحدى هاتين القيمتين يخبر العلماء عن أي ثقب أسود وكيف يتصرف. في الماضي، أجرى علماء الفلك عدة تقديرات أخرى لسرعة دوران القوس A* باستخدام تقنيات مختلفة، وكانت النتائج تتراوح بين عدم دوران القوس A* بمعدله الأقصى تقريبًا.

تشير الدراسة الجديدة إلى أن القوس A* يدور في الواقع بسرعة كبيرة لدرجة أن الزمكان المحيط به يتباطأ. شكل توضيحي مقطع عرضي للقوس A* والمواد التي تدور حوله في القرص. وتمثل الكرة السوداء الموجودة في المركز ما يسمى بأفق الحدث للثقب الأسود، والذي لا يمكن لأي نقطة، ولا حتى الضوء، الهروب منه.

كما هو موضح في هذا الرسم التوضيحي، عند النظر إليه من الجانب على ثقب أسود دوار، يتشكل الزمكان المحيط مثل كرة القدم. الدوران السريع يكمل كرة القدم.

تشير المادة ذات اللون البرتقالي المصفر على كلا الجانبين إلى وجود غاز يحوم حول القوس A*. وتغوص هذه المادة حتمًا نحو الثقب الأسود وتعبر أفق الحدث عندما تسقط في شكل كرة القدم. تم تصوير المنطقة الموجودة داخل شكل كرة القدم ولكن خارج أفق الحدث على أنها تجويف. تظهر الفقاعات الزرقاء نفاثات تنطلق من قطبي الثقب الأسود الدوار. عند النظر إلى ثقب أسود من أعلى، من خلال ماسورة التدفق، يكون الزمكان ذو شكل دائري.

صورة شاندرا بالأشعة السينية لبرج القوس A* والمنطقة المحيطة به. الائتمان: ناسا/CXC/جامعة. ويسكونسن / Y.Boy، وآخرون.

تعمل طاقة الدوران للثقب الأسود كمصدر رئيسي. تنتج الثقوب السوداء فائقة الكتلة تدفقات خارجية موازية مثل النفاثات عندما تستخرج طاقة دورانها، الأمر الذي يتطلب على الأقل بعض المادة في محيط الثقب الأسود. نظرًا للكمية المحدودة من الوقود حول القوس A*، فقد ظل هذا الثقب الأسود هادئًا نسبيًا مع نفاثات ضعيفة نسبيًا في آلاف السنين الأخيرة. ومع ذلك، يوضح هذا العمل أن هذا قد يتغير إذا زادت كمية المادة القريبة من القوس A*.

لتحديد دوران الثقب الأسود*، استخدم الباحثون تقنية قائمة على التجربة، يُشار إليها باسم “طريقة الانبعاث”، والتي تأخذ في الاعتبار دوران الثقب الأسود وكتلته، وخصائص المادة القريبة من الثقب الأسود، والتدفق الخارجي. ملكيات. وينتج قرص الغاز المحيط بالثقب الأسود موجات راديو عندما يكون مسؤولا عن انبعاث الأشعة السينية. وباستخدام هذه الطريقة، قام الباحثون بدمج البيانات من تشاندرا ومختبر VLA مع تقديرات مستقلة لكتلة الثقب الأسود من التلسكوبات الأخرى لتقييد دوران الثقب الأسود.

نُشر مقال يصف هذه النتائج، بقيادة روث دالي (جامعة ولاية بنسلفانيا)، في عدد يناير 2024 من مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.

المرجع: روث أ. دالي، وميجان دوناهو، وكريستوفر بي أوديا، وبيني سيباستيان، وداريل هاجارت، وأنون لو، 21 أكتوبر 2023، “تم الحصول على قيم دوران الثقب الأسود الجديدة لبرج القوس أ* عن طريق طريقة الخروج” الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية.
دوى: 10.1093/منراس/ستاد3228

المؤلفون الآخرون هم بيني سيباستيان (جامعة مانيتوبا، كندا)، وميجان دوناهو (جامعة ولاية ميشيغان)، وكريستوفر أودي (جامعة مانيتوبا)، وداريل هاجارت (جامعة ماكجيل)، وأنان لو (جامعة ماكجيل).

يدير مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا برنامج تشاندرا. يتحكم مركز تشاندرا للأشعة السينية التابع لمرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في العمليات العلمية من كامبريدج، ماساتشوستس وعمليات الطيران من بيرلينجتون، ماساتشوستس.