استخدم علماء الفلك تلسكوب أفق الحدث (EHT) لمراقبة رقصة كونية عنيفة بين زوج مشتبه به من الثقوب السوداء الهائلة في قلب مجرة بعيدة. يكمن الدليل على هذه اللقاءات بين الوحوش الكونية في الخصائص الملتوية للنفاثات التي تندلع حول الثقوب السوداء.
ال ثقب أسود هائل الزوج، أو الثنائي، يكمن في قلب الكوازار OJ287، الواقع في مركز مجرة تبعد حوالي 1.6 مليار سنة ضوئية عن الأرض. باستخدام مستوى الدقة الذي سيكون قادرًا على اكتشاف كرة تنس على سطح القمر، اكتشف الفريق موجتين صادمتين تتدفقان أسفل طائرة OJ287. ومن المثير للاهتمام أن الصدمات شوهدت وهي تتحرك بسرعات مختلفة. وأثناء سفرها، مرورًا بمجالات مغناطيسية قوية، يبدو أن هذه الموجات الصدمية تنتج ظاهرة لم يسبق لها مثيل.
ومنذ ذلك الحين، واصل EHT إحداث ضجة في علم الثقوب السوداء.
وقالت ماريافيليسيا دي لورينتيس، عضوة فريق EHT، في بيان: “تظهر هذه النتيجة أن EHT ليس مفيدًا فقط لإنتاج صور مذهلة، ولكن يمكن استخدامه أيضًا لفهم الفيزياء التي تحكم نفاثات الثقب الأسود”. “إن التمييز بالملاحظة بين ما هو نتيجة للهندسة وما هو بدلاً من ذلك نتيجة العمليات الفيزيائية الحقيقية هو خطوة أساسية في مقارنة النماذج النظرية مع الملاحظات.”
لقطات لطائرة الثقب الأسود
والتقط الفريق لقطتين لنظام OJ287 في 5 أبريل 2017، ثم في 10 أبريل من نفس العام. كشفت هذه التغييرات الجوهرية في كل من بنية واستقطاب OJ287 والتي حدثت على مدار خمسة أيام أرضية فقط. وهذه هي أقصر فترة زمنية تمت خلالها ملاحظة مثل هذه التغييرات في نفاثات الثقب الأسود.
يُعتقد أن هذه التغييرات ناتجة عن تفاعل الصدمات مع حالات عدم استقرار في السرعة تسمى عدم استقرار كلفن-هيلمهولتز. إنها تؤدي إلى بنية ملتوية للغاية داخل النفاثات، مع ثلاثة مكونات مستقطبة متميزة: اثنان أبطأ ويدوران في اتجاهين متعاكسين لبعضهما البعض، وواحد أسرع ويدور عكس اتجاه عقارب الساعة. يمثل هذا أول تأكيد مباشر لوجود مجال مغناطيسي حلزوني مع تدفق ثقب أسود.
وقال عضو الفريق إيلجي تشو من المعهد الكوري لعلم الفلك وعلوم الفضاء: “نحن نقوم بحل مكونات الصدمة الفردية مكانيًا ونلاحظ تفاعلها مع حالات عدم الاستقرار في كلفن-هيلمهولتز”. “هذه هي المرة الأولى التي نلاحظ فيها بشكل مباشر هذا التفاعل بين الصدمات وعدم الاستقرار في نفاثات الثقب الأسود.”
وقال روكو ليكو Rocco Lico، عضو فريق EHT من المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء الفلكية (INAF): “عادةً ما يتم تفسير هذه الاختلافات الملحوظة في النفاثات من حيث تأثير الحركة المسبقة للنفاثات نفسها. ومع ذلك، تتوقع نماذج الحركة المسبقة أن تتحرك مكونات النفاثات باليستية على طول النفاثات”. “ومع ذلك، تشير ملاحظاتنا إلى حركات غير باليستية لهذه المكونات، مما يدعو إلى التشكيك في فرضية المبادرة باعتبارها التفسير الوحيد للتشكل المورفولوجي للمصدر.” تشير الحركات السريعة التي قاسها الفريق إلى أن الطاقة الحركية للجسيمات تتجاوز الطاقة المغناطيسية داخل المناطق الداخلية للنفث. وهذا يدعم تطور عدم استقرار كلفن-هيلمهولتز، والذي ينشأ بسبب الاختلاف في السرعة على السطح بين التدفق، الذي يتحرك بسرعات تقترب من سرعة الضوء، والمادة المحيطة الأبطأ بكثير. يمكن أن تسبب حالات عدم الاستقرار هذه تشوهات على شكل حلزون تظهر على شكل هيكل “ملتوي”، تمامًا مثل ذلك الذي رصده EHT في الطائرة OJ287.
يشير الهيكل الملتوي للنفث الذي لوحظ في OJ287، والدرجة العالية من الاستقطاب للمكونات الثلاثة، وتطور زوايا الاستقطاب الخاصة بها، إلى وجود تفاعل معقد بين حالات عدم الاستقرار والصدمات على مستوى كلفن-هيلمهولتز في طائرة يتخللها مجال مغناطيسي حلزوني.
وقال قائد فريق البحث خوسيه إل. غوميز من معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس-سيك في البيان: “هذه الدورات في اتجاهين متعاكسين هي الدليل القاطع”. “عندما تتفاعل مكونات موجة الصدمة مع عدم استقرار كلفن-هيلمهولتز، فإنها تضيء مراحل مختلفة من البنية الحلزونية للمجال المغناطيسي، مما ينتج عنه تذبذبات الاستقطاب التي نلاحظها.”
يقترح نموذج الفريق أن حالات عدم استقرار كلفن-هيلمهولتز تولد هياكل خيطية تتفاعل مع الصدمات المنتشرة في النفاثات.
يقول ليكو: “تضغط هذه التفاعلات المجال المغناطيسي وتضخم الانبعاث في مناطق معينة من الدفق، مما يفسر السمات المرصودة في كل من الكثافة الكلية والضوء المستقطب، بالإضافة إلى الاختلافات السريعة في زوايا الاستقطاب والحركات غير الباليستية الظاهرة، على الرغم من وجود نفاثة مستقيمة الخط عالميًا”. “لأول مرة، تسمح لنا بيانات EHT عالية الدقة بتصور هذه الهياكل بشكل مباشر، مما يوفر دليلاً ملموسًا على التفاعل بين عدم استقرار الطائرات والصدمات والمجالات المغناطيسية الحلزونية.”
كان OJ287 هو المرشح المثالي لإجراء هذه الملاحظات لأن الثقوب السوداء الهائلة المتراقصة في هذا الزوج معروفة جيدًا بانفجاراتها الدورية، مما يجعلها مختبرًا فريدًا لدراسة فيزياء الثقب الأسود.
تم نشر بحث الفريق في 8 يناير في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
التعليقات