كيف يمكن للثقوب السوداء الهائلة أن تصبح كوابيس كونية

المجرات أماكن مخيفة.

الفضاء بحد ذاته مخيف بما فيه الكفاية – مظلم وواسع وبارد وفارغ – لكن المجرات تحتوي على كل أنواع الوحوش المرعبة الكامنة في داخلها. معظم هذه الوحوش الفيزيائية الفلكية هي نجوم ذات مشكلات سلوكية مختلفة، مثل المستعرات الأعظم المتفجرة أو النجوم المغناطيسية القوية (والعاصفة) بشكل يبعث على السخرية. إن الاقتراب كثيرًا من إحدى نوبات الغضب النجمية يضمن وقتًا سيئًا للغاية.

علاوة على ذلك، فإن المجرات نفسها يمكن أن تكون مرعبة. في عمود “الكون” الذي نشرته مؤخرًا، كتبت عن كوابيس كونية سيئة بشكل خاص تسمى المجرات النشطة. كما ترى، تحتوي جميع المجرات الكبيرة على ثقب أسود هائل يسكن قلبها، وبعض هذه الثقوب السوداء تبلغ كتلتها كتلة الشمس بمليارات المرات. إذا كانت المادة تتساقط في أحد هذه الثقوب السوداء بمعدل مرتفع، فإن تلك المادة المتساقطة ترتفع حرارتها إلى درجات حرارة مخيفة وتطلق إشعاعات عالية الطاقة. يؤدي هذا أيضًا إلى دفع رياح شديدة من الجسيمات دون الذرية التي تتدفق بعيدًا بسرعة عالية لتسبب الفوضى حول قلب المجرة. كل هذا سيئ بما فيه الكفاية، لكن دوران الثقب الأسود يمكن أن يطلق أيضًا شعاعين مزدوجين من المادة يُطلق عليهما نفثات يمكنها الصراخ عبر الفضاء مثل أشعة الموت، مما يؤدي إلى طهي كل شيء في طريقها لعدة آلاف من السنين الضوئية.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

هذا لا يبدو وكأنه بيئة لطيفة! بعد نشر المقال، تلقيت عددًا لا بأس به من الاستفسارات من القراء الذين طرحوا بعض الأسئلة المقلقة: ما مدى خطورة العيش في مجرة ​​نشطة، وهل مجرة ​​درب التبانة كذلك؟

كالعادة، الجواب هو: هذا يعتمد. يبدو أن الثقب الأسود الهائل في مجرة ​​درب التبانة، والذي يسمى Sgr A*، خامل جدًا في الوقت الحاضر، لكننا لا نعرف مدى نشاط مجرتنا في شبابها. ومع ذلك، يمكننا أن نرى أصداء الأحداث السابقة حول مركز المجرة؛ تمتد بعيدًا عن قلب مجرة ​​درب التبانة فقاعتان هائلتان من الغاز الساخن تتوهج بهدوء بأشعة جاما. من غير الواضح ما إذا كانت هذه الفقاعات، التي تسمى فقاعات فيرمي، قد تم نفخها بواسطة بعض الرياح من مادة Sgr A* بعد تناول وجبة خفيفة أو ما إذا كان انفجار تكوين النجوم قد أدى إلى خلق ما يكفي من النجوم ذات الكتلة العالية لطرد الرياح التي توسع الغاز.

أما بالنسبة للسؤال الأكثر جوهرية حول مخاطر المجرات النشطة، فلم تتم دراسته جيدًا، لكنني وجدت بضع أوراق بحثية تناولته في ظل ظروف محدودة. تظهر النتائج، بشكل غير مفاجئ، أن أهم عاملين هما مدى قوة المجرة النشطة ومدى بعدك عنها.

في الحالات القصوى، حتى التواجد خارج المجرة النشطة لن يحافظ على سلامتك. والمثال الرئيسي على ذلك هو زوج المجرات 3C321، حيث تصطدم نفاثات من إحدى المجرات بالمجرة الأخرى على بعد حوالي 20 ألف سنة ضوئية. يجب أن يكون وجودك في مسار كل تلك الإشعاعات عالية الطاقة أمرًا صعبًا، لكن تأثير التدفق يتسبب أيضًا في انهيار سحب الغاز في المجرة الثانية، مما يؤدي إلى تشكيل مجموعات كبيرة من النجوم. وهذا بدوره يعني إنشاء العديد من النجوم ذات الكتلة العالية، والتي تنفجر على شكل مستعرات أعظمية خلال بضعة ملايين من السنين فقط.

تختلف الآراء حول مدى قرب الكوكب من نجم منفجر وقدرته على البقاء، لكن بضع مئات من السنين الضوئية يعد تقديرًا متحفظًا. على نطاق المجرة، هذا قريب جدًا، لذلك في المتوسط، من غير المرجح أن يصيب أي عالم معين. ثم مرة أخرى، على المقاييس المجرية، بضعة ملايين من السنين هي لحظة واحدة، لذا فإن كل تلك المستعرات الأعظمية الناتجة عن النفاثات ستنفجر في وقت واحد تقريبًا، وهو ما لا يمكن أن يكون جيدًا لأي عوالم في المنطقة المجاورة بشكل عام. أنصحك بالابتعاد عن الطائرات.

وماذا عن التأثيرات الأخرى؟ إن رياح الجسيمات دون الذرية مشكلة، بل مشكلتان في الواقع. إحداها أنه إذا ضربت الرياح كوكبًا مثل الأرض، فيمكنها إيداع الطاقة في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تسخينها. يؤدي هذا إلى تمدد الهواء، مما يجعله أكثر عرضة للضياع في الفضاء. والآخر هو أنه عندما تضرب تلك الجسيمات الغلاف الجوي، فإنها يمكن أن تؤدي إلى بضعة أنواع مختلفة من التفاعلات الكيميائية، بما في ذلك تكوين أكاسيد النيتروجين، المكونات الرئيسية للضباب الدخاني. وهذا له العديد من التأثيرات، ولكن أحد أكثرها ضررًا هو أن الضباب الدخاني يدمر الأوزون، وهو جزيء يتكون من ثلاث ذرات أكسجين. يمتص الأوزون الأشعة فوق البنفسجية النشطة الصادرة عن النجم المضيف والتي يمكن أن تصل إلى السطح وتكون ضارة بالحياة.

في ورقة نشرت في وقت سابق من هذا العام في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية، قام فريق من علماء الفلك بتصميم هذين التأثيرين من مجرة ​​نشطة. افترض الباحثون في البداية أن المجرة بها ثقب أسود مشابه لثقب Sgr A* الموجود في مجرتنا درب التبانة، بكتلة تعادل أربعة ملايين شمس. ثم قاموا بحساب الطاقة الناتجة عن الرياح، ووجدوا أنها يمكن أن تؤدي إلى تآكل الغلاف الجوي لعالم يشبه الأرض على مسافة تصل إلى 1300 سنة ضوئية، أو مجرد استنفاد الأوزون الخاص بالكوكب إذا كان على بعد حوالي 3000 سنة ضوئية. قد تبدو هذه مسافات كبيرة بشكل مثير للقلق، لكن نصف قطر مجرة ​​درب التبانة هو 60 ألف سنة ضوئية، ويبعد نظامنا الشمسي حوالي 26 ألف سنة ضوئية عن المركز، لذلك نحن في مأمن من الرياح العاتية.

هذا جميل. حتى لو أدى حدث ما إلى إلقاء الكثير من المواد في ثقبنا الأسود المحلي الهائل، فسنحصل على عرض ضوئي ولكن يجب أن ننجو.

ومع ذلك، ليست كل المجرات محظوظة جدًا. يعتبر Sgr A* في الواقع خفيف الوزن بالنسبة للمجرات التي بحجمنا، والعديد من المجرات تحتوي على ثقوب سوداء هائلة أكبر بكثير – كبيرة بما يكفي، كما يقول الباحثون، لاحتمال تعقيمها. مجرة بأكملها عندما تندلع مع النشاط. وهذا يجعلني سعيدًا لأن الوحش المحلي لدينا صغير الحجم.

ورقة أخرى نشرت عام 2022 في مجلة الفيزياء الفلكية، بحث في تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية على قابلية المجرة للسكن. ما وجده المؤلفون مثير للاهتمام: الأشعة فوق البنفسجية المتدفقة من مجرة ​​نشطة يمكن أن تفعل ذلك بالفعل يرقي نمو طبقة الأوزون الواقية في الغلاف الجوي للكوكب، على افتراض وجود ما يكفي من الأكسجين لتكوينه. لذا، فمن الغريب أن المجرة النشطة يمكن أن تعزز ظروف الحياة، على الأقل في هذا الظرف الضيق للغاية.

وكما هو الحال مع المخاطر المحلية نسبيًا الناجمة عن المستعرات الأعظم، فإن “المنطقة الميتة” من الأشعة فوق البنفسجية لأي ثقب أسود هائل ستظل مقتصرة في الغالب على قلب المجرة وبالتالي لن تؤثر إلا على نسبة صغيرة من جميع النجوم. في مجرة ​​حلزونية مثل مجرتنا، والتي تحتوي على قرص مسطح مملوء بغبار معتم يمتص الأشعة فوق البنفسجية، ستكون التأثيرات صفرًا بشكل أساسي بالنسبة لكوكب مثل الأرض الذي كان مدمجًا في الضواحي الخارجية للقرص.

وهذا يثير التساؤل حول مدى صلاحية مجرتنا للسكن بشكل عام. لقد تمت دراسة هذا بالفعل، على الرغم من اختلاف الاستنتاجات مرة أخرى. وجدت محاولة مبكرة لهذا الأمر في عام 2004 أن هناك “منطقة مجرية صالحة للسكن”، مماثلة لتلك المحيطة بالنجوم، حيث من الممكن أن تنشأ الحياة. على مسافة قريبة جدًا من المركز، يوجد عدد كبير جدًا من النجوم المنفجرة في وقت مبكر. (بالإضافة إلى ذلك، تميل المجرات الأحدث إلى أن تكون أكثر نشاطًا.) وفي أماكن بعيدة جدًا، تميل النجوم إلى أن تكون قديمة جدًا، وفقيرة للعناصر الثقيلة، مثل الحديد والكربون، اللازمة للحياة كما نعرفها. رسم هذا العمل الأولي منطقة مجرية صالحة للسكن تمتد من حوالي 22000 إلى 30000 سنة ضوئية من المركز، أي في مكاننا تمامًا. لكن الأبحاث اللاحقة وسعت ذلك؛ وجد فريق من علماء الفلك أن المنطقة الملائمة للحياة في مجرة ​​درب التبانة تصل إلى ما يقرب من 7000 إلى أكثر من 40000 سنة ضوئية، وتمتد إلى قرص مجرتنا الممتد.

ومع ذلك فإنني أتساءل ــ وأشعر بالقلق ــ بشأن الاحتمالات المستقبلية التي تنتظرنا. إذا اصطدمت مجرة ​​المرأة المسلسلة الضخمة بمجرة درب التبانة، وهو ما قد يحدث خلال بضعة مليارات من السنين، فمن الممكن أن يتم إلقاء الكثير من المادة في القوس A*، بالإضافة إلى الثقب الأسود الأكثر ضخامة في مركز المرأة المسلسلة. وهذا يمكن أن يبعث كلاهما كمجرات نشطة لفترة قصيرة. أي كوكب يقع ضمن بضعة آلاف من السنين الضوئية من مركز أي منهما يمكن أن يكون في طريق صعب.

وفي كلتا الحالتين، كل هذا يعد بمثابة تذكير غريب بأن الكون يتسامح معنا ولكنه لا يحافظ بالضرورة على بيئة مستقرة للحياة. إذا كنت بحاجة إلى الشعور بالبرد في عمودك الفقري في عيد الهالوين، فقم بإلقاء نظرة على السماء المظلمة أثناء قيامك بالخدعة أو الحلوى. انظر إلى التوهج المشؤوم لمجرة درب التبانة وتساءل عن مدى الترحيب الذي تحظى به مجرتنا حقًا.