حصل علماء الفلك على صور غير مسبوقة لنفاثات بلازما من ثقب أسود هائل في البلازار 3C 279، مما يكشف عن أنماط معقدة تتحدى النظريات الحالية. وقد اكتشف هذا الجهد الدولي، باستخدام شبكات التلسكوب الراديوي المتقدمة، خيوطًا حلزونية بالقرب من مصدر النفاثات، مما يشير إلى الدور المحتمل للمجالات المغناطيسية في تشكيل هذه النفاثات. (رأي الفنان.)
اكتشف تلسكوب أكبر من الأرض حبل بلازما في الكون.
وباستخدام شبكة من التلسكوبات الراديوية على الأرض وفي الفضاء، تمكن علماء الفلك من التقاط الصورة الأكثر تفصيلاً للطائرة حتى الآن. بلازما إطلاق النار من فائقة الضخامة الثقب الأسود في قلب مجرة بعيدة.
يسافر النفاث القادم من قلب بلزار بعيد يسمى 3C 279 بسرعة الضوء تقريبًا ويعرض أنماطًا ملتوية معقدة بالقرب من مصدره. تتحدى هذه الأنماط النظرية القياسية المستخدمة لمدة 40 عامًا لشرح كيفية تشكل هذه التدفقات وتغيرها بمرور الوقت.
تم تقديم مساهمة كبيرة في عمليات الرصد من قبل معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي في بون، ألمانيا، والذي جمع البيانات من جميع التلسكوبات المشاركة لإنشاء تلسكوب افتراضي يبلغ قطره حوالي 100000 كيلومتر.
وقد تم نشر النتائج التي توصلوا إليها مؤخرا علم الفلك الطبيعي.
الشكل 1: الخيوط المحاصرة في البلازار 3C 279. صورة عالية الدقة للطائرة النسبية في هذا المصدر بواسطة برنامج RadioAstron. تكشف الصورة عن بنية معقدة داخل الطائرة مع عدة خيوط بحجم فرسخ فلكي تشكل نمطًا حلزونيًا. تحتوي المجموعة على بيانات من التلسكوبات الراديوية حول العالم وفي مدار الأرض، بما في ذلك التلسكوب الراديوي إفلسبيرج الذي يبلغ طوله 100 متر. تمت معالجة البيانات لاحقًا في مركز الاتصالات التابع لمعهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي. مصدر الصورة: تعاون وكالة ناسا/وزارة الطاقة/Fermi LAT؛ فلبا / جورستاد وآخرون . راديو أسترون / فوينتيس وآخرون
نظرة ثاقبة على Blazars
البليزر هو ألمع وأقوى مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي في الكون. وهي فئة فرعية من نوى المجرة النشطة، والتي تتكون من مجرات ذات ثقب أسود مركزي فائق الكتلة يجمع المواد من القرص المحيط. حوالي 10% من نوى المجرة النشطة، المصنفة على أنها كوازارات، تنتج نفاثات بلازما نسبية. تنتمي هذه التدفقات إلى مجموعة فرعية صغيرة من النجوم الزائفة، ويمكننا أن نرى هذه التدفقات تشير مباشرة إلى الراصد.
في الآونة الأخيرة، قام فريق من الباحثين، بما في ذلك علماء من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (MPIfR) في بون، ألمانيا، بتصوير الجزء الداخلي من الطائرة بدقة زاويّة غير مسبوقة في 3C 279، ووجدوا خيوطًا حلزونية منتظمة بشكل ملحوظ. هناك حاجة إلى مراجعة النماذج النظرية المستخدمة حتى الآن لشرح العمليات التي يتم من خلالها إنتاج النفاثات في المجرات النشطة.
“بفضل مهمة RadioAstron، والتلسكوب الراديوي الذي وصل إلى مسافة قريبة من القمر وشبكة من ثلاثة وعشرين تلسكوبًا راديويًا موزعة حول الأرض، حصلنا على أعلى دقة للصورة الداخلية للبلزار حتى الآن، مما يسمح لنا يقول الباحث في معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس (IAA-CSIC) أنطونيو فوينتيس: “راقب الهيكل الداخلي للطائرة بمثل هذه التفاصيل لأول مرة”.
التداعيات والتحديات النظرية
كشفت نافذة جديدة على الكون فتحتها مهمة RadioAstron، عن تفاصيل جديدة حول طائرة البلازما الخاصة بـ 3C 279، وهو متوهج به ثقب أسود هائل في مركزه. يمتد ما لا يقل عن اثنين من خيوط البلازما الملتوية في الطائرة لأكثر من 570 سنة ضوئية من المركز.
“هذه هي المرة الأولى التي نرى فيها مثل هذه الخيوط قريبة جدًا من مصدر التدفق، وهي تخبرنا المزيد عن كيفية تشكيل الثقب الأسود للبلازما. وقد تمت ملاحظة التدفق الداخلي عند أطوال موجية أقصر بكثير (3.5 ملم و 1.3 ملم). mm) بواسطة تلسكوبين آخرين، GMVA وEHT، لكنهما يظهران أيضًا أنماطًا من الخيوط. لا يمكن اكتشافها لأنها كانت باهتة جدًا وكبيرة جدًا بالنسبة لهذه الدقة،” كما يقول Eduardo Rose، عضو فريق البحث والمفهرس الأوروبي لـ GMVA. وهذا يوضح كيف يمكن للتلسكوبات المختلفة أن تكشف جوانب مختلفة من نفس الجسم”.
الشكل 2: يوفر مرصد RadioAstron VLBI تلسكوبًا افتراضيًا يصل قطره إلى ثمانية أضعاف قطر الأرض (خط الأساس الأقصى 350.000 كيلومتر). الائتمان: روسكوزموس
إن نفاثات البلازما المنبعثة من البلازارات ليست مستقيمة وموحدة حقًا. إنها تظهر التقلبات والمنعطفات التي توضح كيفية تأثر البلازما بالقوى المحيطة بالثقب الأسود. وجد علماء الفلك الذين يدرسون هذه الالتواءات في 3C279، والمعروفة باسم الخيوط الحلزونية، أنها ناجمة عن عدم الاستقرار في البلازما النفاثة. وفي هذه العملية، أدركوا أيضًا أن النظرية القديمة التي استخدموها لشرح كيفية تغير التدفقات بمرور الوقت لم تعد صالحة. ولذلك، هناك حاجة إلى نماذج نظرية جديدة لشرح كيفية تشكل هذه الخيوط الحلزونية وتطورها بالقرب من أصل النفث. وهذا تحدي كبير، ولكنه فرصة عظيمة لمعرفة المزيد عن هذه الظواهر الكونية المذهلة.
يقول غوانغ ياو تشاو، المنتسب حاليًا إلى MPIfR وعضو فريق العلماء: “أحد الجوانب المثيرة للاهتمام بشكل خاص الناشئة عن نتائجنا هو أنها تشير إلى وجود مجال مغناطيسي حلزوني يتحكم في النفاثات”. “لذلك، فمن المحتمل أن يكون المجال المغناطيسي الذي يدور في اتجاه عقارب الساعة حول النفاث في 3C 279 هو الذي يدفع ويوجه البلازما النفاث بسرعة 0.997 مرة سرعة الضوء.”
يقول أندريه لوبانوف، عالم آخر في MPIfR في الفريق: “لوحظت خيوط حلزونية مماثلة سابقًا في النفاثات خارج المجرة، ولكن على نطاقات أكبر بكثير، يُعتقد أنها نتيجة لأجزاء مختلفة من التدفق تتحرك بسرعات مختلفة وتتقاطع مع بعضها البعض”. من الباحثين. . “مع هذه الدراسة، نحن ندخل مشهدًا جديدًا تمامًا حيث يمكن ربط هذه الخيوط فعليًا بالعمليات الأكثر تعقيدًا بالقرب من الثقب الأسود والتي تنتج التدفق.”
إن دراسة التدفق الداخلي لـ 3C279، والتي ظهرت الآن في العدد الأخير من مجلة Nature Astronomy، توسع الجهود المستمرة لفهم دور المجالات المغناطيسية بشكل أفضل في التكوين الأولي للتدفقات النسبية من نوى المجرة النشطة. وهذا يؤكد التحديات العديدة المتبقية للنمذجة النظرية الحالية لهذه العمليات ويوضح الحاجة إلى مزيد من التطوير لأدوات وتقنيات علم الفلك الراديوي، والتي توفر فرصة فريدة لتصوير الأجسام الكونية البعيدة بدقة زاويّة قياسية.
التقدم التكنولوجي والتعاون
من خلال الجمع بين البيانات من مراصد راديوية مختلفة وربطها باستخدام تقنية خاصة تسمى قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI)، يتم إنشاء تلسكوب افتراضي بقطر فعال يساوي الحد الأقصى للفصل بين الهوائيات المشاركة في المراقبة. يؤكد يوري كوفاليف، عالم مشروع RadioAstron الذي يعمل حاليًا في MPIfR، على أهمية التعاون الدولي الصحي لتحقيق مثل هذه النتائج: “تتم مزامنة اثنتي عشرة دولة مع هوائيات فضائية باستخدام ساعات هيدروجينية، مما يؤدي إلى إنشاء تلسكوب افتراضي. القمر”.
يقول أنطون زينسوس، مدير MPIfR وأحد القوى الدافعة وراء مهمة RadioAstron على مدى العقدين الماضيين: “لقد أدت التجارب مع RadioAstron إلى صور مثل هذه للكوازار 3C279، وهي إنجازات استثنائية أصبحت ممكنة بفضل التعاون بين المختبرات الدولية”. . والعلماء في العديد من البلدان. استغرقت المهمة عقودًا من التخطيط التعاوني قبل إطلاق القمر الصناعي. أصبحت الصور الحقيقية ممكنة من خلال ربط التلسكوبات الكبيرة على الأرض مثل Effelsberg وتحليل البيانات بعناية في مركز الاتصالات VLBI الخاص بنا في بون.
المرجع: أنطونيو فوينتيس، خوسيه إل. جوميز، خوسيه م. مارتي، مانيل بيروتشو، كوانغ ياو تشاو، روكو ليغو، أندريه بي. “هياكل الخيوط كأصل للتقلبات الراديوية النفاثة” بقلم لوبانوف، غابرييل بروني، يوري واي. كوفاليف، أندرو سيل، كازونوري أكياما، كاثرين إل. بومان، هي صن، إيلي تشو، إفتاليا تريانو، تيريزا توسكانو، روهان دالي، ماريانا فوشي، ليونيد آي. كورويتز، سفيتلانا جورستاد، جاي يونج كيم، آلان بي. ميزونو، إدواردو روس، وتوماس سافولينن، 26 أكتوبر 2023، علم الفلك الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41550-023-02105-7
مزيد من المعلومات
تتألف مهمة راديو أسترون لقياس التداخل من الأرض إلى الفضاء، والتي تم تشغيلها في الفترة من يوليو 2011 إلى مايو 2019، من التلسكوب الراديوي المداري الذي يبلغ طوله 10 أمتار (Spektr-R) ومجموعة من عشرين من أكبر التلسكوبات الراديوية الأرضية في العالم. تلسكوب راديو إفلسبيرج بطول 100 متر. عندما تم دمج إشارات التلسكوبات الفردية باستخدام التداخل الراديوي، قدمت هذه المجموعة من التلسكوبات أقصى دقة زاويّة تعادل تلسكوبًا راديويًا يبلغ قطره 350 ألف كيلومتر، وهي تقريبًا المسافة بين الأرض والقمر. وهذا ما جعل من RadioAstron أعلى أداة دقة زاويّة في تاريخ علم الفلك. تم تنفيذ مشروع RadioAstron من قبل مركز الفضاء الفلكي التابع لمعهد ليبيديف الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم والجمعية العلمية والإنتاجية في لافوش بموجب عقد مع شركة الفضاء الحكومية ROSCOSMOS، جنبًا إلى جنب مع المنظمات الشريكة في روسيا وبلدان أخرى. وقد تم تحليل البيانات الفلكية من هذه المهمة من قبل علماء فرديين في جميع أنحاء العالم، مما أدى إلى نتائج مماثلة لتلك المعروضة هنا.
المتعاونون التاليون في العمل المقدم ينتمون إلى MPIfR، بالترتيب الذي يظهرون به في قائمة المؤلفين: Guang-Yao Zhao، Andrei P. Lobanov، Yuri Y. Kovalev، Efthalia (Thalia) Traianou، Jae-Young Kim، إدواردو روس، وتوماس سافولينن. أثناء مهمة RadioAstron، تم أيضًا إلحاق المتعاونين Rocco Ligo وGabriele Bruni بـ MPIfR.
جائزة فريدريش فيلهلم بيسل للأبحاث من مؤسسة ألكسندر فون هومبولت إلى يوري واي. وافق كوفاليف.