22 يونيو، 2021

جورنالك

الخبر كما هو ، منكم و اليكم

يرى الفلكيون أول توهج ضوئي من فتحتين أسودتين تصادمتا

بعد انطلاق 7.5 مليار سنة ضوئية من الأرض ، هناك ثقبان أسودان ، كل منهما بحجم جزيرة لونغ آيلاند ، يدوران بسرعة حول بعضهما البعض عدة مرات في الثانية قبل التحطم معًا في انفجار كارثي أرسل موجات صدمة عبر الكون. عادةً ما تكون النقابات العنيفة مثل هذه أحداثًا مظلمة ، لكن علماء الفلك يعتقدون أنهم رأوا توهجًا للضوء ينبثق من هذه الرقصة السماوية – من المحتمل أن تكون المرة الأولى التي شوهد فيها الضوء من الثقوب السوداء.

إنه اكتشاف فريد لأن الثقوب السوداء تشتهر بعدم إنتاج أي ضوء على الإطلاق. هذه الأجسام فائقة الكثافة ضخمة جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء الهروب من جاذبيتها – ولا حتى الضوء. إذن كيف رأى الباحثون بالضبط توهجًا من ثقبين أسودين لا يفترض أن يشتعلا؟

حسنا ، ربما كانت الثقوب السوداء في المكان المناسب في الوقت المناسب ، وفقا لدراسة جديدة نشرت في المجلة رسائل المراجعة البدنية. عندما نسجوا معًا ، كانوا موجودين داخل قرص عملاق من الغاز والغبار. يمتد هذا القرص من المواد لسنوات ضوئية ويحيط فعليًا بثقب أسود ثالث – ثقب فائق الكتلة في مركز المجرة. نظرًا لأن الثقوب السوداء المبارزة كانت داخل هذه البيئة المتربة ، فقد خلق الغزل والاندماج النهائي شيئًا مثل موجة الصدمة التي سقطت في الأوساخ والغازات المحيطة. أدى ذلك إلى تسخين المواد القريبة ، مما تسبب في توهجها أكثر إشراقًا من المعتاد – والسماح للباحثين من الأرض برصدها.

يقول مات جراهام ، أستاذ علم الفلك في كالتيك والمؤلف الرئيسي للدراسة: "إذا كان هناك ثقبان أسودان يندمجان ، فلا تتوقع أن ترى أي شيء". الحافة. "لكن لأن الثقوب السوداء محاطة بهذه الأشياء ، هذا القرص التنامي ، هذا مختلف."

حدد الباحثون هذا الحدث الغريب بمساعدة التعاون LIGO-Virgo ، وهي شراكة علمية دولية أصبحت أكثر مهارة في اكتشاف الأحداث الكارثية مثل دمج الثقوب السوداء. وبشكل أكثر تحديدًا ، يبحث LIGO و Virgo عن تموجات صغيرة في نسيج الكون ، والمعروفة باسم موجات الجاذبية ، والتي تنبع من الأحداث السماوية البعيدة. عندما يندمج جسمان ضخمان في الكون البعيد ، فإنهما يخلقان موجات متموجة في نسيج الفضاء والوقت الذي يسافر للخارج بسرعة الضوء. عندما تصل إلى الأرض ، تكون مثل هذه التموجات صغيرة جدًا ، لكن مرصد ليجو في الولايات المتحدة ومرصد فيرجو في إيطاليا يكونان حساسين بما يكفي لالتقاطهما.

صنع ليجو التاريخ في عام 2015 عندما اكتشف التعاون موجات الجاذبية لأول مرة من اندماج اثنين من الثقوب السوداء. منذ ذلك الحين ، عززت LIGO والآن Virgo ، التي ظهرت على الإنترنت في عام 2017 ، سيرتها الذاتية ، واكتشفت عددًا كبيرًا من عمليات الاندماج في جميع أنحاء الكون ، بما في ذلك الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية ، وربما حتى ثقب أسود يتصادم مع نيوترون نجمة. عندما تصطدم النجوم النيوترونية ، يمكن أن تلتقط المراصد في بعض الأحيان من قبل المراصد التي تقيس ضوءها ، على الرغم من أن الأشياء ضعيفة حقًا. عندما تصطدم الثقوب السوداء ، لا يمكن رؤيتها – حتى الآن. تقول كيارا مينجاريلي ، الأستاذة المساعدة في جامعة كونيتيكت التي تدرس موجات الجاذبية ، التي لم تشارك في الدراسة ، "إنه حدث غريب ورائع ، وفي الواقع لا نعرف مدى ندرتها". الحافة.

أحد مراصد ليجو في ليفينغستون ، لويزيانا.
الصورة: LIGO

للعثور على هذا التوهج ، استفاد غراهام وزملاؤه من انتصار LIGO في العثور على عمليات الاندماج في جميع أنحاء الفضاء لمساعدتهم على حل اللغز. يدرس جراهام وفريقه الثقوب السوداء الهائلة النشطة جدًا في المجرات – والمعروفة باسم النجوم الزائفة – وكانوا يلاحظون اتجاهًا غريبًا. في بعض الأحيان كانت هذه الكوازارات تشتعل بشكل غير متوقع ، متوهجة جدًا بدون سابق إنذار ، وأرادوا معرفة السبب. يقول جراهام: "وقد قلنا نوعًا ما ،" حسنًا ، أتساءل ما الذي يحدث إذا كان لديك ثقوب سوداء في تلك البيئة؟ "

قام اثنان من زملاء غراهام ، Saavik Ford و Barry McKernan ، بوضع ورقة تنظري أن الثقوب السوداء التي تندمج في هذه الأقراص الغازية يمكن أن تتسبب في نوبات احتدام غامضة. يقول فورد: "إن فكرة وجود ثقوب سوداء في مراكز المجرات ، بالقرب جدًا من ثقب أسود فائق الكتلة ، هي في الواقع غير مثيرة للجدل". الحافةمضيفًا: "(جلسنا) لنفكر في ماهية عواقب ذلك ، وبدأنا في صياغة نظرية كنا نتبعها طوال العقد الماضي".

ثم قرروا اختبار هذه النظرية. في عام 2019 ، قامت LIGO بإجراء جولة رصد ثالثة ، بحثًا عن مجموعة جديدة من عمليات الاندماج في الفضاء. في هذه الأثناء ، كان غراهام وزملاؤه يعملون في مرفق زويكي العابر التابع لشركة Caltech ، والذي يُجري مسحًا لسماء الليل بأكملها ، بحثًا عن سلوك غريب – مثل التوهجات في المجرات البعيدة. قرر الفلكيون الانتظار حوالي ستة أشهر بعد انتهاء ملاحظات ليجو لمعرفة عدد عمليات الاندماج التي اكتشفها التعاون. ثم حاولوا مطابقة تلك الاندماجات مع المشاعل التي اكتشفوها مع ZTF ، لمعرفة ما إذا كان أي منها يتوافق.

بمجرد حصولهم على جميع عمليات الدمج المحتملة من LIGO و Virgo ، كانت مجرد مسألة تضييق كل شيء. قاموا بمطابقة جميع المشاعل التي رأوها مع ZTF إلى الاندماجات التي رصدها ليجو ، وتأكدوا من تطابق الجزء الأيمن من السماء ، على مسافة مناسبة من الأرض. نظر الفريق أيضًا إلى التوقيت. تنبأوا بأن التوهج الناتج عن الاندماج سيحدث بعد 60 إلى 100 يومًا من حدوث التصادم ، حيث سيستغرق الأمر بعض الوقت لتسخين الأشياء وتسبب ذلك التوهج. ثم تأكدوا من أن المشاعل التي وجدوها تتطابق مع الملف الشخصي الصحيح الذي توقعوه ، ولا يبدو أنها نجمت عن انفجار نجم أو أي تفسير آخر.

قاد ذلك في النهاية غراهام وفريقه إلى اندماج الثقب الأسود الذي وجدوه. والواقع أن العثور على شيء قد نظّروا بشأنه كان مثيرًا جدًا. يقول فورد: "هذا هو الشيء الذي تحلم به كعالم" ، لقول "أعتقد أن الكون سيفعل ذلك. سأدعو لقطتي. "واطلب من الكون أن يذهب ،" نعم ، ها أنت ذا! "

على الرغم من ذلك ، لا تزال الأمور غير مؤكدة تمامًا حتى الآن. لا يزال دمج الثقب الأسود الذي اكتشفه LIGO-Virgo مجرد مرشح ؛ لم يتم تسميته رسميًا كاندماج ، ولم تصدر LIGO بيانات تفصيلية حول الكشف. لكن الخبر السار هو أن فريق جراهام قد يحصل على تحقق إضافي في المستقبل من أن التوهج الذي سجلوه قد جاء بالفعل من الثقوب السوداء الدائرية. عندما تندمج الثقوب السوداء ، من المحتمل أن يكون الثقب الأسود الناتج الذي تم تشكيله قد طُرد من القرص المغبر المحيط. ومع ذلك ، لا يزال هذا الثقب يدور حول الثقب الأسود الهائل في مركز المجرة ، ومن المحتمل أن يتقاطع مع القرص الساخن للغاز في عام أو عامين ، مما يسخن المادة ويسبب توهجًا مشرقًا آخر. لذا إذا رأى الفريق سطوعًا آخر في نفس المجرة ، فسيكون على يقين من أن نتائجهم كانت صحيحة.

عندما يحدث ذلك ، يمكن لقياس التوهج أن يساعد الفريق على معرفة المزيد عن هذه المجرة وتقييد مدى ضخامة الثقب الأسود الهائل في المركز. يقول مينجاريلي: "سيسمح لنا هذا في الواقع باستكشاف هذه الأقراص مباشرة حول الثقوب السوداء الهائلة بطرق لم نكن نستطيع القيام بها من قبل".

كما يمنح هذا الاكتشاف علماء الفلك فكرة أخرى عن كيفية تشكل بعض المجرات البعيدة. يخبرهم أنه قد تكون هناك أشياء غريبة تقوم بأشياء غريبة في الأقراص التي تحيط بالثقوب السوداء الهائلة. يقول جراهام: "إنه ليس مجرد قرص غاز كبير يسقط في ثقب أسود فائق الكتلة". "لديك نجوم وثقوب سوداء هناك تفعل أشياء أيضًا."

بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون هذه الرقصة الغريبة للثقوب السوداء داخل القرص الغازي العملاق هي الطريقة الوحيدة التي يمكننا بها في الواقع "رؤية" الثقوب السوداء التي تدمج في الفضاء العميق. وهذه معلومات أكثر يمكن للباحثين استخدامها لدراسة الكون. يقول فورد: "لدينا بالفعل هذا المسبار ، سواء من التوقيع الكهرومغناطيسي أو من موجة الجاذبية – وكلاهما يوفر المعلومات". "إنها أداة جديدة تمامًا ومختلفة تمامًا لدراسة كيف يجب أن تكون المجرات كما هي."