يكشف القياس الرائد عن ثقب أسود يدور بسرعة ربع سرعة الضوء

تمكن فريق من علماء الفلك من حساب سرعة دوران ثقب أسود فائق الكتلة بفضل فرصة التقاء الجسم بنجم، والذي دمره على الفور.

الثقوب السوداء هي مناطق من الزمكان ذات مجالات جاذبية شديدة للغاية ولا حتى الضوء يستطيع الهروب منهم أبعد من نقطة معينة، تسمى أفق الحدث. لكن الثقوب السوداء تسحب أيضًا الكثير من المواد إلى جوارها، وهو أمر رائع، مما يسمح للباحثين بدراسة فيزياء هذه الكائنات العملاقة الغامضة. هذه المادة – وهي عبارة عن مجموعة من الحطام الصخري والغبار والغاز – هي القرص التراكمي للثقب الأسود، وتوهجها الساطع هو ما يجعل من الممكن لتلسكوب أفق الحدث أن يرصدها. صورة مباشرة لظلال الثقب الأسود.

جميع الثقوب السوداء لها دوران، والذي يتطور من خلال تفاعلاتها مع مادة أخرى في الفضاء. عندما تنمو الثقوب السوداء عن طريق تراكم المادة، يمكنها الدوران بسرعات أكبر؛ وعندما تنمو من خلال الاندماج مع أجسام ضخمة أخرى، فإنها تميل إلى التباطؤ. في عمله الأخير، تمكن الفريق من استنتاج دوران ثقب أسود فائق الكتلة عن طريق قياس تمايل قرص التراكم الخاص به بعد أن يتعطل نجم – وهي كلمة مهذبة تعني تمزيق – بواسطة الجسم العملاق. ووجدوا أن سرعة دوران الثقب الأسود كانت أقل من 25% من سرعة الضوء، وهي سرعة بطيئة، على الأقل بالنسبة للثقب الأسود. وكان بحث الفريق نشرت اليوم في الطبيعة.

“يرتبط دوران الثقب الأسود بتطوره. وقال ديراج باشام، عالم الفلك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “على سبيل المثال، الثقب الأسود الذي نما عن طريق التراكم المستمر للغاز على مدى مليارات السنين يميل إلى الدوران العالي، في حين أن الثقب الأسود الذي نما عن طريق الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى يجب أن يكون بطيئا الدوران”. المؤلف الرئيسي للورقة الجديدة، في رسالة بالبريد الإلكتروني إلى Gizmodo.

وأضاف باشام: “هناك أوضاع أخرى يمكن أن تنمو فيها الثقوب السوداء فائقة الكتلة (وبالتالي المجرات المضيفة لها) بمرور الوقت، ولكل وضع تنبؤ محدد لتوزيع الدوران”. “وبالتالي، إذا تمكنا من قياس اضطراب دوران الثقوب السوداء فائقة الكتلة، فيمكننا تقييد كيفية نموها (والمجرات المضيفة لها) على مدار الزمن الكوني”.

في بعض الأحيان، النجوم سيئة الحظ التي تمر بالقرب من الثقب الأسود تقع في شرك قوة المد والجزر وتتمزق إلى أجزاء صغيرة؛ قد يُقذف بعض النجم إلى الفضاء بينما يتمدد البعض الآخر ليشكل كمية كبيرة من المواد النجمية شديدة السخونة التي تصبح جزءًا من قرص الثقب الأسود المتنامي.

تم اكتشاف العملاق الدوار في فبراير 2020، عندما اكتشف مرفق زويكي العابر وميضًا من الضوء من جسم يبعد مليار سنة ضوئية عن الأرض. قام الفريق بدراسة مصدر الضوء، الذي اعتقدوا أنه حدث اضطراب مد وجزر، لأكثر من 200 يوم باستخدام تلسكوب NICER التابع لناسا، والذي يراقب الكون بأطوال موجية للأشعة السينية.

واكتشفت المجموعة أن انبعاثات الأشعة السينية من المصدر تبلغ ذروتها كل 15 يومًا. قاد هذا الفريق إلى استنتاج أن هذه القمم حدثت عندما كان قرص التراكم محاذيًا مباشرةً للتلسكوب. ومن خلال العمل إلى الوراء انطلاقًا من هذا التذبذب الواضح لقرص التراكم، أخذ الفريق في الاعتبار الكتلة التقريبية للثقب الأسود بالإضافة إلى كتلة النجم الذي استخرج المادة منه. لقد توصلوا إلى تقدير لدوران الثقب الأسود نفسه.

وهذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها حساب دوران الثقب الأسود؛ في عام 2019 فريق يضم باشام وجدت إشارة لقد ارتبطوا بثقب أسود يدور بسرعة نصف سرعة الضوء تقريبًا. ومع ذلك، كما قال باشام لموقع Gizmodo، فإن طبيعة تلك الإشارة “لا تزال لغزا” في حين أن القياس الجديد يتوافق مع دوران الثقب الأسود وفقا للنظريات ذات الصلة. في حين أن الثقب الأسود الذي يدور بسرعة ربع سرعة الضوء (167,654,156 ميلًا في الساعة، أو 74,948,114 مترًا في الثانية) لا يزال سريعًا جدًا بمصطلحاتنا البشرية البسيطة، علينا أن نتذكر أن هذه بعض الأجسام الأكثر تطرفًا. في الكون.

وأضاف باشام أن الثقب الأسود لا يمكنه أن يدور بسرعة أكبر من 94% من سرعة الضوء، أو 630,379,631.62 ميل في الساعة (281,804,910.52 م/ث)، كما حسب كيب ثورن في عام 1974. ويعود هذا الحد الأقصى إلى مقدار عزم الدوران الموجود على الثقب الأسود الناتج عن الإشعاع المنبعث من القرص التراكمي والذي يبتلعه الثقب الأسود. أنتج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أيضًا مقطع فيديو مفيدًا لإرشاد الأشخاص عبر النتائج الجديدة، والذي يمكنك مشاهدته أدناه:

غالبًا ما تكون ومضات الأشعة السينية الصادرة عن الأجسام البعيدة في الفضاء علامة على وجود ثقوب سوداء تصل إلى خدعها المعتادة. في عام 2021، قرر فريق يضم باشام أن جسمًا غريبًا في الفضاء يُعرف باسم “البقرة” ربما كان موجودًا. ولادة ثقب أسود; وفي عام 2022، تبين أن وميضًا آخر من جسم يبعد 8.5 مليار سنة ضوئية أبعد حدث اضطراب مد وجزر تمت ملاحظته حتى الآن، والذي شهد ثقبه الأسود ينفث دفقة من المواد شديدة السخونة مباشرة على الأرض.

سيستمر الفريق في فهرسة أحداث اضطراب المد والجزر، بهدف معرفة التوزيع المغزلي للثقوب السوداء فائقة الكتلة. إن الطريق نحو فهم كون الثقب الأسود طويل، لكن فك رموز فيزياءهم يمكن أن يساعدنا في حل بعض أكبر أسرار الكون.

أكثر: اكتشف علماء الفلك أثقل ثقب أسود نجمي في درب التبانة