قياس غير القابل للقياس
للمرة الأولى، تمكن علماء الفلك من النظر مباشرة إلى العين المجازية للعاصفة التي تدور حول ثقب أسود فائق الكتلة، قياس سرعات واضطرابات الغاز المفرط التسخين بدقة كانت مستحيلة في السابق. أصبحت الملاحظات المنشورة في Nature في أواخر يناير 2026 ممكنة من خلال بعثة X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission، المعروفة باسم XRISM، وهي مشروع مشترك بين وكالة استكشاف الفضاء اليابانية وناسا مع مشاركة وكالة الفضاء الأوروبية.
كان الهدف من هذه الملاحظات الثورية هو M87*، الثقب الأسود الفائق الكتلة في مركز مجرة إليبسوية عملاقة Messier 87، تقع على بعد حوالي خمسة وخمسين مليون سنة ضوئية من الأرض في عنقود العذراء. يحتل M87* مكاناً خاصاً في تاريخ الفلك باعتباره أول ثقب أسود تم تصويره بشكل مباشر على الإطلاق، عندما التقط Event Horizon Telescope ظله الشهير في عام 2019. الآن أضاف XRISM بُعداً جديداً تماماً إلى فهمنا لهذا العملاق الكوني من خلال الكشف عن السلوك الديناميكي للغاز من حوله.
كما وصف أحد الباحثين، قبل XRISM كان يشبه أن يكون بإمكان العلماء رؤية صورة فوتوغرافية لعاصفة. الآن يمكنهم قياس سرعة الإعصار نفسه.
أقوى اضطراب تم رؤيته على الإطلاق
عندما قام XRISM بالتكبير على المنطقة المضغوطة نسبياً المحيطة مباشرة بـ M87*، اكتشف شيئاً استثنائياً. إن الاضطراب في الغاز الساخن الذي يحيط بالثقب الأسود هو الأكثر عنفاً على الإطلاق المسجل في أي تجمع مجرات، متجاوزاً حتى الظروف القاسية التي تنتج عندما تصطدم مجموعات مجرات بأكملها وتندمج، وهي أحداث تعتبر من بين أكثر الظواهر نشاطاً بالطاقة في الكون.
تجمعات المجرات هي أكبر الهياكل المقيدة بالجاذبية في الكون، تحتوي على مئات أو آلاف المجرات المضمنة في جو شاسع من الغاز الساخن يسمى الوسط داخل العنقود. عادة ما يصل هذا الغاز إلى درجات حرارة تبلغ عشرات الملايين من الدرجات، ساخن بما يكفي لانبعاث أشعة سينية وفيرة. عادة ما يحدث أكثر الاضطراب الشديد في الوسط داخل العنقود أثناء الاندماجات، عندما تصطدم عنقودان بسرعات آلاف الكيلومترات في الثانية.
إن حقيقة أن ثقباً أسود واحداً فائق الكتلة يمكن أن يولد اضطراباً يتجاوز حتى هذه الأحداث الكارثية تتحدث عن التركيز الاستثنائي للطاقة في المنطقة المحيطة مباشرة بـ M87*. الثقب الأسود، من خلال مزيج من النفاثات والتدفقات والعمليات الانجذابية، يحرك محيطه بشراسة تطغى على أكثر الأحداث واسعة النطاق عنفاً في الكون.
كيف يرى XRISM ما لا يستطيع الآخرون رؤيته
تكمن القدرة الثورية لـ XRISM في أداته Resolve، وهي مقياس طيف متناهي الدقة يقيس طاقة فوتونات الأشعة السينية الفردية بدقة استثنائية. عندما يتحرك الغاز الساخن نحو المراقب أو بعيداً عنه، يتم إزاحة طاقة الأشعة السينية التي ينبعث منها بفعل دوبلر، تماماً كما يتغير تردد صفارة سيارة الإسعاف عندما تقترب وتبتعد. من خلال قياس هذه التحولات في الطاقة بدقة شديدة، يمكن لـ XRISM تحديد سرعة الغاز المنبعث.
يمكن للمراصد السابقة للأشعة السينية مثل Chandra و XMM-Newton تصوير الغاز الساخن وقياس درجة حرارته، لكنها افتقدت القرار الطيفي للتمييز بين الغاز في حالة السكون والغاز يتحرك بسرعات مئات أو آلاف الكيلومترات في الثانية. غيرت أداة Resolve من XRISM هذا بشكل أساسي، حولت الصور الثابتة للأشعة السينية إلى خرائط ديناميكية لحركة الغاز.
تسمح هذه القدرة للباحثين بتمييز حركات الغاز التي يقودها الثقب الأسود بشكل لا لبس فيه عن تلك التي تقودها العمليات الكونية الأخرى، مثل حركة المجرات عبر وسط العنقود، الموجات الصوتية التي تنتشر عبر الغاز، أو الاضطراب المتبقي من أحداث الاندماج الماضية. للمرة الأولى، يمكن للعلماء عزل التأثير المحدد للثقب الأسود على محيطه.
تشريح عاصفة الثقب الأسود
أظهرت ملاحظات XRISM نمطاً مذهلاً في هيكل السرعة حول M87*. تركز حركات الغاز الأسرع بالقرب من الثقب الأسود وتنخفض بسرعة مع المسافة. هذا التدرج السرعة متسق مع مزيج من عمليتين فيزيائيتين. الأول هو الدوامات المضطربة، والدوامات الغازية التي تثيرها الحركة نحو الثقب الأسود تفاعل نفاثاته مع الوسط المحيط. الثاني هو موجة صدمة للغاز المتدفق الخارجي يقودها الطاقة المُطلقة عند سقوط المادة نحو الثقب الأسود.
تحاط الثقوب السوداء الفائقة الكتلة مثل M87* بأقراص الالتقاط، وهياكل ضخمة ومسطحة من الغاز والغبار تدور إلى الداخل تحت الجذب الجاذبي. مع اقتراب هذه المادة، تسخن إلى ملايين الدرجات وتطلق كميات هائلة من الطاقة. يتم توجيه جزء من هذه الطاقة إلى نفاثات نسبية، شعاعات ضيقة من البلازما يتم إطلاقها عمودياً على قرص الالتقاط بسرعات تقترب من سرعة الضوء. يستضيف M87* واحداً من أكثر النفاثات روعة معروفة، يمتد آلاف السنوات الضوئية من مركز المجرة.
لا تمر هذه النفاثات ببساطة عبر الغاز المحيط بدون تأثير. إنها تضخ فقاعات عملاقة، أو تجاويف، في الوسط داخل العنقود، وإزاحة كميات شاسعة من الغاز الساخن وقيادة موجات الصدمة للخارج. لقد قامت ملاحظات XRISM الآن بتحديد هذا التفاعل بتفصيل غير مسبوق، كاشفة عن هيكل السرعة ومحتوى الطاقة المضطربة للغاز على مسافات مختلفة من الثقب الأسود.
الآثار المترتبة على فيزياء تجمع المجرات
للنتائج آثار كبيرة على فهم كيفية تنظيم الثقوب السوداء الفائقة الكتلة لبيئات تجمعات المجرات التي تستضيفها. يُعتقد أن هذه العملية، المعروفة باسم تغذية نوى المجرات النشطة، تعتبر واحدة من أهم الآليات التي تتحكم في تطور المجرات الضخمة وتجمعات المجرات.
بدون تغذية راجعة من الثقب الأسود المركزي، يجب أن يبرد الغاز الساخن في تجمعات المجرات بسرعة، متكاثفاً في نجوم جديدة بمعدلات تتجاوز بكثير ما يُلاحظ فعلياً. يُعتقد أن الطاقة المحقونة من قبل الثقب الأسود من خلال النفاثات والتدفقات تمنع هذا التبريد، مما يحافظ على العنقود في حالة توازن حراري تقريبي. لكن تفاصيل كيفية نقل هذه الطاقة من الثقب الأسود إلى الغاز المحيط لم يتم فهمها بشكل جيد.
توفر قياسات السرعة من XRISM دليلاً مباشراً على آلية نقل الطاقة. يمثل الاضطراب المقاس بالقرب من M87* خزاناً من الطاقة الحركية التي ستتبدد في النهاية كحرارة، مما يسخن الغاز المحيط ويعارض التبريد الإشعاعي. من خلال تحديد كمية الطاقة المضطربة على مسافات مختلفة من الثقب الأسود، تقيد الملاحظات النماذج النظرية للتغذية الراجعة بصرامة كانت مستحيلة من قبل.
عصر جديد من علم الفلك بالأشعة السينية
تم إطلاق XRISM في 6 سبتمبر 2023 وبعد مرحلة تفويض دقيقة، بدأت الملاحظات العلمية المنتظمة في 2024. تمثل ملاحظات M87* واحدة من النتائج البارزة للبعثة، مما يوضح القدرات التي كان علماء الفلك ينتظرونها لأكثر من عقدين. فُقدت بعثة سابقة بقدرات مماثلة، Hitomi، بعد وقت قصير من إطلاقها في عام 2016 بسبب فشل نظام التحكم في موقف المركبة الفضائية، مما يجعل نجاح XRISM أكثر أهمية.
من المتوقع أن تعمل البعثة لمدة ثلاث سنوات على الأقل، مع برنامج علمي واسع يغطي الثقوب السوداء الفائقة الكتلة، وتجمعات المجرات، والبقايا فائقة النوفا، والنجوم النيوترونية، والويب الكوني من الغاز الناشر الذي يربط المجرات. ستستفيد كل من هذه الأهداف من نفس قدرة قياس السرعة التي حولت رؤيتنا لـ M87*.
ستمتد الملاحظات المستقبلية لتحليل M87* إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة أخرى، بناءً على صورة مقارنة لكيفية تفاعل ثقوب سوداء مختلفة مع بيئتها. الهدف النهائي هو فهم شامل لدورة التغذية الراجعة التي تربط أصغر المقاييس حول ثقب أسود بأكبر الهياكل في الكون، وهو اتصال تم تجهيز XRISM الآن للتحقيق فيه.
النظر بعمق أكثر إلى العاصفة
فتحت نتائج XRISM نافذة جديدة على واحد من أكثر الأسئلة الأساسية في الفيزياء الفلكية: كيف تمارس الثقوب السوداء الفائقة الكتلة، الأجسام التي تشغل حجماً صغيراً جداً من الفضاء، تأثيراً كبيراً جداً على الهياكل التي تمتد ملايين السنوات الضوئية؟ يبدو أن الإجابة تكمن في التركيز الاستثنائي للطاقة المضطربة التي تولدها، الطاقة التي تموج عبر الغاز المحيط وتشكل تطور تجمعات المجرات بأكملها.
أثبت عين العاصفة حول M87* أنها أكثر عنفاً مما كان متوقعاً. مع استمرار XRISM في مهمتها، ستصبح الصورة أوضح، فوتون أشعة سينية واحد في كل مرة.
تم أساس هذا المقال على التقارير من Space.com. اقرأ المقال الأصلي.
