مقياس كوني جديد يمكن أن يزن الثقوب السوداء البعيدة

فنان

انطباع فنان عن وجود ثقب أسود مثل ذلك الذي أثقل في هذا العمل ، يجلس في قلب مجرة ​​قرصية. يزن الثقب الأسود في NGC4526 450.000.000 مرة أكثر من شمسنا. (رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech)



قد يكون دوران الغاز حول الثقوب السوداء هو المفتاح لتقدير كتل الثقوب السوداء التي تكون بعيدة جدًا عن الوزن ، وفقًا لدراسة جديدة.



يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة التي تبلغ ملايين المليارات من المرات كتلة الشمس تكمن في قلب كل المجرات الكبيرة. الغريب أن خصائص هذه الثقوب السوداء تبدو مرتبطة بخصائص متنوعة للمجرات الأم ، مثل مدى سطوع المجرات وسرعة النجوم بداخلها. يشير هذا إلى وجود صلة أساسية بين تطور المجرة والثقب الأسود.

يقول المؤلف الرئيسي للدراسة تيموثي ديفيس Timothy Davis ، عالم الفيزياء الفلكية في المرصد الأوروبي الجنوبي في قال جارشينج ، ألمانيا ، لموقع ProfoundSpace.org. 'لماذا يجب على مجرة ​​ضخمة أن تهتم بثقبها الأسود ، والعكس صحيح ، ليست مفهومة جيدًا.'



تتمثل إحدى طرق معرفة المزيد عن هذا اللغز في دراسة كتل الثقوب السوداء في العديد من أنواع المجرات المختلفة. على سبيل المثال ، يعتقد أن المجرات الإهليلجية من النوع المبكر لها تواريخ عنيفة ، مع الكثير من نشاط الاندماج الذي يمكن أن يؤدي إلى تكوين ثقوب سوداء ومجرات في وقت واحد ، كما قال ديفيس. من ناحية أخرى ، يُعتقد أن المجرات الحلزونية مثل مجرتنا درب التبانة كانت تعيش حياة أكثر هدوءًا ، مع اضطرابات أقل عنفًا. يمكن للمرء أن يتخيل أنه إذا كانت عمليات اندماج المجرات مهمة في تراكم الثقوب السوداء ، فإن المجرات الحلزونية يمكن أن يكون لها علاقات مختلفة بين الثقوب السوداء وخصائص المجرات. [No Escape: Dive Into a Black Hole (Infographic)]

يقع تلسكوب CARMA في جبال Inyo في شرق كاليفورنيا. ساعد الجمع بين الأطباق الكبيرة والصغيرة المؤلفين على تكبير الغاز الموجود في وسط NGC 4526.

يقع تلسكوب CARMA في جبال Inyo في شرق كاليفورنيا. ساعد الجمع بين الأطباق الكبيرة والصغيرة المؤلفين على تكبير الغاز الموجود في وسط NGC 4526.(رصيد الصورة: تيموثي أ.ديفيس)



يزن الثقوب السوداء

صورة تلسكوب هابل الفضائي لـ NGC 4526 ، مغطاة بأرصادنا للغاز الجزيئي من CARMA. يقع الثقب الأسود في قلب المجرة.

صورة تلسكوب هابل الفضائي لـ NGC 4526 ، مغطاة بأرصادنا للغاز الجزيئي من CARMA. يقع الثقب الأسود في قلب المجرة.(مصدر الصورة: NASA / ESA and Timothy A. Davis)



يمتلك العلماء عددًا من الاستراتيجيات لاستنتاج كتل الثقوب السوداء ، والتي يتضمن معظمها مراقبة حركات النجوم أو أقراص الغاز الساخن المشحون كهربائيًا وهو يدور بالقرب من الثقب الأسود. تحدد كتلة الثقب الأسود قوة مجال جاذبيته ، وبالتالي مدى شدته في جذب المادة المحيطة به. ومع ذلك ، تعتمد هذه الأساليب على التلسكوبات التي يمكنها رؤية الضوء من هذه النجوم والغازات ، والتي لا يمكن رؤيتها إلا عندما تكون قريبة نسبيًا.

تعتمد التقنية الجديدة على ديناميكيات سحب الغاز البارد حول الثقوب السوداء. من خلال مقارنة نماذج حركات الغاز في كل من وجود الثقوب السوداء وغيابها ، يمكن للباحثين استنتاج مدى ضخامة الثقب الأسود في إحداث حركات الغاز التي يرونها. يمكن أن تتغلب ملاحظات الغاز الجزيئي على حد الدقة على الاستراتيجيات التي تعتمد على مشاهدة النجوم أو الغاز المتأين ، مما يساعد الباحثين على قياس كتل الثقوب السوداء على مسافة أبعد بكثير.

اختبر العلماء نموذجهم على الغاز المرئي حول ثقب أسود عملاق في المجرة NGC 4526 ، التي تبعد 53 مليون سنة ضوئية في كوكبة العذراء. لقد استخدموا المصفوفة المشتركة للبحث في تلسكوب الموجات المليمترية (CARMA) في كاليفورنيا.

قال ديفيس: 'لقد رصدنا NGC 4526 مع مصفوفة CARMA الأكثر حدة ، وحققنا دقة قدرها 0.25 ثانية قوسية'. هذا يعادل القدرة على اكتشاف عملة يورو واحدة (أو ربع دولار أمريكي) يتم تعليقها على بعد 10 كيلومترات (6 أميال)! من خلال هذه الصور فائقة الوضوح ، تمكنا من تكبير مركز NGC 4526 مباشرة ، ومراقبة أزيز الغاز حول الثقب الأسود.

ويقدرون أن الثقب الأسود المركزي لـ NGC 4526 يزن حوالي 450 مليون ضعف كتلة الشمس.

قال ديفيس: 'لقد أظهرنا لأول مرة أنه من الممكن استخدام أرصاد الغاز الجزيئي لقياس كتل الثقب الأسود'.

تلسكوب من الجيل التالي

تلسكوب ألما ، قيد الإنشاء حاليًا في صحراء أتاكاما في تشيلي. باستخدام قوة هذا التلسكوب الجديد ، تتوقع هذه الدراسة أنه من الممكن قياس كتل الثقوب السوداء في مئات المجرات.

تلسكوب ألما ، قيد الإنشاء حاليًا في صحراء أتاكاما في تشيلي. باستخدام قوة هذا التلسكوب الجديد ، تتوقع هذه الدراسة أنه من الممكن قياس كتل الثقوب السوداء في مئات المجرات.(رصيد الصورة: ALMA، C.Padilla)

باستخدام أدوات علمية من الجيل التالي مثل ALMA و مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المتر يقول الباحثون إن هذه الطريقة يمكن أن تحدد كتل الثقوب السوداء في مئات المجرات في أقل من خمس ساعات من الملاحظات لكل منها.

قال ديفيس: 'القياس الذي أجريناه على جسم واحد استغرق أكثر من 100 ساعة من وقت المراقبة باستخدام تلسكوب كارما في كاليفورنيا'. 'مع تلسكوب ALMA الجديد الذي يجري بناؤه حاليًا في تشيلي ، يمكن تكرار نفس القياس في غضون 10 دقائق فقط!'

قال ديفيس: 'ستكون الخطوة التالية هي مراقبة عينة من المجرات الحلزونية باستخدام تلسكوب ALMA ، وتحديد كتل الثقوب السوداء الخاصة بها'. حتى البدء بعشرة كائنات سيضاعف العدد المتاح حاليًا للدراسة ، ويسمح لنا بالبدء في تحديد ما إذا كانت تتبع نفس علاقات كتلة الثقوب السوداء مثل المجرات المبكرة.

قام العلماء بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها على الإنترنت اليوم (30 يناير) في مجلة Nature.

تابع موقع ProfoundSpace.org على Twitter تضمين التغريدة . نحن أيضا على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك & + Google .