ما هو الكوازار؟ الجواب يعتمد على وجهة نظرك

عندما تنفجر المجرة، ما نراه يعتمد على كيف نحن نراها

بقلم فيل بليت حرره لي بيلينغز

عندما تقف على الأرض وتحدق في سماء الليل، قد تعتقد أن مجرتنا درب التبانة هادئة نسبيًا. بالتأكيد، هناك مستعر أعظم عرضي وقليل من الاضطرابات عندما تصطدم سحب الغاز الضخمة وتبدأ في تكوين النجوم. لكن بشكل عام، يبدو الحي الكوني الواسع الذي نعيش فيه فخمًا. تبدو معظم المجرات القريبة التي يمكننا رؤيتها بهذه الطريقة أيضًا، حيث تقوم بأعمالها الكونية بهدوء. هادئ.

لكن هذا ليس هو الحال بالنسبة لجميع المجرات. Centaurus A هو كائن غريب الأطوار متحمس للغاية على بعد حوالي 13 مليون سنة ضوئية من الأرض. ويبدو أنها مجرة ​​إهليلجية على شكل كرة قطنية مستديرة، ولكن بها شريط داكن ملفت للنظر في وسطها. وفي أربعينيات القرن الماضي، اكتشف علماء الفلك أنه كان يطلق موجات الراديو من قلبه لسبب غير مفهوم، وأظهرت الدراسات اللاحقة عبر العقود التالية أن مركزه كان يصدر أيضًا أشعة سينية عالية الطاقة وحتى أشعة غاما. من الواضح أن Centaurus A يحدث أكثر بكثير مما قد تتوقعه للوهلة الأولى. وفي نهاية المطاف، عثر المراقبون على العديد من الأجسام المماثلة الأخرى، والتي أُعطيت مجتمعة الاسم الشامل مجرات سيفرت (على اسم عالم الفلك الأمريكي كارل سيفرت، الذي اكتشف العديد منها).

ثم، في الستينيات، أصبحت الأمور أكثر غرابة. بدأ علماء الفلك باكتشاف أجسام تنبعث منها موجات راديو قوية، ولكن على عكس معظم مجرات سيفرت، كانت خافتة جدًا في الضوء المرئي. العديد من تلك الأجسام المكتشفة حديثًا كانت بعيدة بشكل لا يصدق، وبالتالي مضيئة للغاية، ولكنها بدت تشبه النجوم إلى حد كبير لدرجة أنها أُطلق عليها اسم المصادر الراديوية شبه النجمية، أو الكوازارات للاختصار. كشفت الصور العميقة التي تم التقاطها باستخدام التلسكوبات الكبيرة أن كل نجم زائف تم رصده هو نقطة مركزية مشرقة للغاية من الضوء تتفوق بشكل كبير على المجرة المحيطة الخافتة.

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.

بينما كان علماء الفلك يلفون رؤوسهم حول ألغاز النجوم الزائفة، لفتت انتباههم مجرة ​​أخرى تظهر نوعًا مختلفًا من السلوك الغريب: BL Lacertae (أو BL Lac للاختصار). وعلى بعد ما يقرب من مليار سنة ضوئية، يعد أيضًا مصدرًا للطاقة المضيئة بشكل يبعث على السخرية، ولكن من المثير للدهشة أنه يغير سطوعه أيضًا بشكل كبير خلال فترات قصيرة من الزمن، وأحيانًا بضع ساعات فقط. لقد كانت الأولى من فئة المجرات التي تحمل الاسم بليزرز، وهي عبارة عن مجموعة ثلاثية ذكية من BL Lac، وBlazing، وQuasar. مثل سيفرت والكوازارات، فإن غالبية ضوءها يأتي من مراكزها ذاتها. يتم تجميع النكهات الثلاثة معًا في فئة واسعة تسمى النوى المجرية النشطة، أو AGN للاختصار.

لم يستغرق علماء الفلك وقتًا طويلاً لمعرفة ما الذي يمكن أن يغذي مثل هذا الانبعاث العنيف والمركز للطاقة: ثقب أسود هائل يلتهم الكثير من المادة. ومع ذلك، إذا كان هذا هو المحرك وراء كل النوى المجرية النشطة، فلماذا تبدو النجوم الزائفة، وأجرام زايفرت، والبلازارات مختلفة تمامًا عن بعضها البعض؟

وفي التسعينيات توصل علماء الفلك إلى فكرة رائعة لتوحيد هذه الخصائص المتباينة. في حين أن هناك بعض التنوع الفيزيائي الفعلي بين هذه المجرات، إلا أنه يمكن تفسير غالبية خصائصها المختلفة بشكل أكبر كيف نحن نراهم.

أعني هذا حرفيًا: الزاوية التي نرى بها مراكزها تؤثر بشكل كبير على الضوء الناتج الذي نراه. إن فهم سبب ذلك يتلخص بشكل أساسي في ما يحدث بالضبط بالقرب من ذلك الثقب الأسود المركزي الهائل.

بعيدًا عن الثقب الأسود، على بعد آلاف إلى عشرات الآلاف من السنين الضوئية، توجد مجرة ​​عادية نسبيًا لا تختلف كثيرًا عن مجرة ​​درب التبانة. ولكن بالقرب من ذلك، حيث تسيطر جاذبية الثقب الأسود، فإن الأمور مختلفة تمامًا.

يحيط مباشرة بالثقب الأسود الوحشي قرص مسطح من المادة (يسمى القرص التراكمي) يتغذى عليه. يمكن أن يمتد قرص التراكم هذا لعدة تريليونات كيلومتر، وهو جزء لا بأس به من سنة ضوئية، وهو كذلك بالفعل حار. المادة القريبة جدًا من الثقب الأسود تدور بسرعات تقترب من سرعة الضوء، ولكن بعيدًا عنها، تتحرك المادة بشكل أبطأ بكثير. وهذا يخلق احتكاكًا هائلاً في القرص يمكن أن يسخن المادة حتى ملايين الدرجات. عند درجة الحرارة والكثافة هذه، تكون المادة ساطعة بشكل لا يصدق ويمكنها بسهولة أن تتفوق على جميع نجوم المجرة.

يحتوي القرص على مجال مغناطيسي مكثف مدمج فيه. ومع اقتراب المادة الموجودة في القرص من الثقب الأسود وزيادة سرعتها المدارية، يمكن للمجال المغناطيسي المدمج أن يلتف مثل الخيط حول البكرة. يؤدي هذا إلى تقوية المجال المغناطيسي، والذي يمكن أن يصبح قويًا جدًا (مقترنًا بتأثير غريب يسمى سحب الإطار، حيث يقوم دوران الثقب الأسود نفسه بسحب نسيج الزمكان حوله) بحيث يتم طرد المواد من القرص وتنفجر بعيدًا في زوج من الحزم تسمى النفاثات. هذه النفاثات شديدة التركيز وقوية بشكل هائل، ويمكنها إنشاء موجات صدمية داخلية هائلة والتي بدورها تطلق العنان لسيول من أشعة غاما – وهو أعلى شكل من أشكال الضوء في الكون من حيث الطاقة. يمكن أن تتدفق النفاثات لمئات الآلاف من السنين الضوئية في بعض الحالات، وتمتد إلى خارج المجرة نفسها.

بشكل حاسم، بعيدًا عن قرص التراكم والنفاثات، على نطاق عشرات إلى مئات السنين الضوئية في بعض الحالات، هناك طارة غبارية – سحابة على شكل كعكة دائرية مكونة من حبيبات صغيرة من الصخور والمواد الكربونية. هذه المادة كثيفة ومعتمة للضوء المرئي، وإذا كانت سميكة بدرجة كافية، فيمكنها حجب أشكال الإشعاع ذات الطاقة العالية أيضًا.

في النموذج الموحد لـ AGN، تفسر الزاوية التي نرى بها هذه الهياكل كل ما نراه تقريبًا. إذا كانت التدفقات موجهة نحو الأرض بشكل أو بآخر، فإننا نرى الضوء عبر الطيف الكهرومغناطيسي، بدءًا من أشعة جاما وصولاً إلى موجات الراديو. تلك هي الحلل. إذا رأينا النوى المجرية النشطة بزاوية أقل قليلاً، فسيتم توجيه التدفق بعيدًا، وستخطئنا انبعاثات أشعة جاما الشبيهة بالشعاع، لكن لا يزال بإمكاننا اكتشاف الأشعة السينية عالية الطاقة؛ هذه هي الكوازارات.

وفي الزوايا المنخفضة أيضًا، يبدأ طوق الغبار في منع الضوء ذي الطاقة الأعلى من الوصول إلينا. في هذه الحالات، يكون جزء كبير من انبعاث النوى المجرية النشطة خافتًا جدًا بحيث تكون المجرة المحيطة بها مرئية بسهولة أكبر. هذه هي الزايفرت، وهي تميل إلى أن تكون مشرقة في موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء لأن غبارها يتم تسخينه بواسطة المشروب الجهنمي الأقرب إلى المركز، مما ينتج عنه إشعاع حراري بالأشعة تحت الحمراء.

الموقف يشبه إلى حد ما حكاية الرجال العميان والفيل: ما تعتقد أنك تراه يعتمد على الجزء الذي تراه، وفقط عندما تجمع القطع معًا تظهر الصورة الحقيقية. بالنسبة للمجرات النشطة، يقوم النموذج الموحد بعمل جيد في شرح الاختلافات الواسعة بين فئات المجرات المرصودة.

لكن لنكون صادقين، فإن النموذج الموحد لا يفسر كل شيء، ويمكن أن يواجه صعوبة في إعادة إنتاج العديد من التفاصيل التي نراها. لكن هذا ليس مستغربا: أي سيكون النموذج غير مكتمل ولن يشرح كل شيء موجود في كل ملاحظة. والفكرة هي أن يكون لديك إحساس عام بالعمليات والهياكل المعنية لشرح غالبية ما يتم رؤيته. ومن ثم يمكن إدخال ملحقات للنموذج لشرح القيم المتطرفة.

وماذا عن مجرتنا درب التبانة؟ لدينا ثقب أسود هائل في قلب مجرتنا، ولكن مثل العديد من جيراننا في المجرات، فهو هادئ، مما يعني أنه لا يتغذى حاليًا على المادة. الكلمة الرئيسية هنا هي “حاليًا”: من المحتمل أنه في الماضي البعيد، كان الثقب الأسود المركزي في مجرة ​​درب التبانة يتخم بالمادة أيضًا، وفي كل مرة ينفجر على شكل نوى نشطة. ولأننا نميل إلى رؤية المجرات المجرية النشطة على مسافات كبيرة – عندما كان الكون أصغر سنا – فإن هذا يعني أن معظم المجرات الكبيرة لديها شباب عاصف مماثل. لكن لحسن الحظ، في الوقت الحالي، نحن في سلام.