حدد علماء الفيزياء الفلكية أسباب التوهجات الإيقاعية للنغمة 599

في مكان ما على بعد 4.7 مليار سنة ضوئية، يقع أحد أكثر الأجسام سطوعًا واضطرابًا في الكون المعروف. بلزار ثون 599 هو ثقب أسود هائل يتم توجيه نفاثته النسبية نحونا مباشرة. على مدار الأربعين عامًا الماضية، كان هذا الجسم يشتعل بشكل منهجي، ويمكن تتبع التوهجات في نطاقات الراديو والبصرية وأشعة جاما. يعمل تأثير دوبلر على تضخيم إشعاع الطائرة مئات وآلاف المرات، مما يحول مثل هذا الجسم إلى واحدة من ألمع المنارات في الكون. تنتمي النغمة 599 إلى فئة فرعية مما يسمى بالكوازارات الراديوية ذات الأطياف الراديوية المسطحة وهي واحدة من البلازارات القليلة المسجلة في نطاق TeV. يعد تاريخ التوهج الخاص به واحدًا من أغنى السجلات في الكتالوجات، حيث يتم تسجيل دفقات كبيرة من السطوع بانتظام منذ أواخر السبعينيات. لكن السؤال حول ما إذا كان هناك نمط وراء هذه الفوضى الظاهرة، وإذا كان الأمر كذلك، فما هي طبيعتها، ظل مفتوحا. ليس من السهل الإجابة على هذا السؤال: إن تنوع البلازارات هو أمر عشوائي بطبيعته – فموجات الصدمة الداخلية في النفاثات، وعمليات إعادة الاتصال المغناطيسية المضطربة، والتراكم الفوضوي تؤدي حتماً إلى إنتاج ضوضاء، يمكن أن تُفقد الإشارات الدورية الضعيفة مقابلها. استخدم مؤلفو الدراسة طريقتين مستقلتين للكشف عن إشارة شبه دورية: المخطط الدوري الكلاسيكي Lomb-Scargle (LS)، المُكيَّف مع السلاسل الزمنية غير المنتظمة، والمويجة الموزونة Z-transform (WWZ)، التي تسمح بتتبع المكونات الدورية غير الثابتة مع مرور الوقت. تم تطبيق كلتا التقنيتين على سلسلة المراقبة في عدة نطاقات تردد في وقت واحد. ونشرت النتائج في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. علقت يوليا سوتنيكوفا، نائبة مدير مرصد الفيزياء الفلكية الخاص التابع لأكاديمية العلوم الروسية للعمل العلمي، ورئيسة الدراسة، على النتائج التي تم الحصول عليها على النحو التالي: “أربعون عامًا من الملاحظات المنتظمة للأطوال الموجية المتعددة هي الأساس الذي بدونه ستكون مثل هذه النتيجة مستحيلة بكل بساطة؛ سأضيف أن معظم البيانات الراديوية التي اعتمدنا عليها يتم نشرها لأول مرة. إن تقلب البلازارات خادع: فالضوضاء الحمراء التي لا مفر منها في مثل هذه السلسلة تحاكي بسهولة كاذبة”. الدورية، لذلك قمنا بالتحقق من كل مكون تم العثور عليه بطريقتين مستقلتين ومن خلال نمذجة منحنيات الضوء الاصطناعية، ونتيجة لذلك، تظهر صورة متسقة: نحن نربط فترات شبه مستقرة من سنة ونصف إلى سبع سنوات ونصف، متسقة في نطاقات الراديو والبصرية وأشعة جاما، مع هندسة نظام الثقب الأسود الثنائي، في حين أن أقوى التوهجات لا تزال تتطلب تفسيرًا منفصلاً من خلال آليات موجات الصدمة في النفاثات. ومن المهم بشكل خاص بالنسبة لنا أن تصبح النغمة 599 نوعًا من الفضاء مختبر لعلم فلك موجات الجاذبية في المستقبل: باستخدام الفترات الكهرومغناطيسية المقاسة، سيكون من الممكن دراسة التفاعل بين ثقبين أسودين فائقي الكتلة. انطباع فني عن البرق: ثقب أسود هائل يشكل قرصًا متراكمًا ويطلق نفاثتين نسبيتين متعارضتين / © MichaelTaylor / Shutterstock تغطي البيانات فترة 40 عامًا (1983-2025) وتتضمن ملاحظات راديوية على ترددات تتراوح من 1 إلى 230 جيجا هرتز باستخدام RATAN-600 وRT-32 وRT-22 وأدوات التلسكوبات الضوئية الأخرى قياسات في النطاق R و17 عامًا من بيانات أشعة جاما من تلسكوب Fermi-LAT. أظهر التحليل المتبادل لمنحنيات الضوء باستخدام طريقة دالة الارتباط المنفصلة أن انبعاثات أشعة جاما والبصرية والراديو ترتبط بشكل كبير بالتأخير الزمني من صفر إلى 360 يومًا، مما يعني أن جميع أنواع الإشعاع الثلاثة تتولد من نفس مجموعة الجسيمات في النفاثات. كشف التحليل باستخدام أساليب LS وWWZ عن عدة مكونات شبه دورية: مع فترات مميزة تبلغ حوالي 1.4 و1.7 سنة (على المدى القصير) وحوالي 6.5 و7.5 (على المدى الطويل). ويمكن إرجاع نفس المكونات الدورية إلى السلسلة التاريخية للفترة 1997-2011، مما يدل على استقرار الآلية على نطاقات زمنية تمتد لعدة عقود. لشرح شبه الدورية متعددة المقاييس المرصودة، طبق علماء الفيزياء الفلكية نموذج الثقب الأسود الثنائي الفائق الكتلة مع نفث سابق على بيانات الراديو Tone 599. في هذا النموذج، يوجد في مركز المجرة النشطة ثقبان أسودان يدوران حول مركز كتلة مشترك. الأخف وزنًا تبلغ كتلته حوالي 1.4 × 10⁸ كتلة شمسية، والأكثر ضخامة تبلغ كتلته حوالي 3.6 × 10⁸ كتلة شمسية. تتسبب حركتها المدارية في حدوث مد دوري في التدفق، وتؤدي تفاعلات الجاذبية إلى تحرك التدفق، أي “الدوران” ببطء حول محوره، مثل القمة. يتنبأ النموذج بالفترات المدارية من 1.2 إلى 1.7 سنة وفترات ما قبل الدورة من 5.8 إلى 7.7 سنة، في توافق ملحوظ مع المكونات شبه الدورية المرصودة. رسم تخطيطي لنواة المجرة النشطة: قرص التراكم والنفاثات وبنية المجالات المغناطيسية. بالنسبة إلى Tone 599 blazer، تشكل الحركة المدارية للثقب الأسود الثنائي ومقدمة التدفق معًا التباين شبه الدوري المرصود / © NASA يشير اعتماد معلمات التركيب على تردد المراقبة – أجزاء مختلفة من النفاث “تومض” بترددات مختلفة قليلاً – إلى بنية طبقية للنفاث: يتشكل الإشعاع بترددات مختلفة في مناطق مختلفة على طول محوره، وتصل الإشارة إلينا بمراحل مختلفة اعتمادًا على في أي “طبقة” من الطائرة يتم توليد الإشعاع. يربط المؤلفون التوهجات قصيرة المدى، وخاصة انبعاثات الطاقة الساطعة، بموجات الصدمة داخل الدفق؛ هذا مكون عشوائي متراكب فوق خلفية شبه دورية منتظمة. وبالتالي، فإن أفضل وصف لتباين النغمة 599 هو مزيج من التأثيرات الهندسية (الحركة المدارية ومبادرة النظام الثنائي) والعمليات العشوائية (الصدمات الداخلية وإعادة الاتصال المغناطيسي في الطائرة). يتناسب هذا الاكتشاف مع برنامج بحثي أوسع للبحث عن الثقوب السوداء الثنائية فائقة الكتلة والتحقق منها. ونتيجة لاندماج المجرات، وهو حدث شائع في تاريخ الكون، يقترب الثقبان الأسودان المركزيان من بعضهما البعض ويشكلان زوجًا مرتبطًا بالجاذبية. تبعث هذه الأنظمة موجات جاذبية منخفضة التردد، والتي يمكن اكتشافها على الأرض باستخدام الأدوات. وعلق ألكسندر بوبكوف، الباحث في مختبر البحوث الأساسية والتطبيقية للأجسام النسبية للكون في MIPT، على نتائج الدراسة على النحو التالي: “لقد تم رصد النغمة 599 لمدة نصف قرن، ولكن الآن فقط، بعد جمع البيانات من أكثر من عشرة تلسكوبات على مدى أربعة عقود وتطبيق الأساليب الحديثة لتحليل السلاسل الزمنية، تمكنا من رؤية البنية الصارمة وراء فوضى التوهجات. صورة ثقب أسود ثنائي مع نفاث متدفق تشرح كلاً من المكونات الدورية قصيرة المدى وطويلة المدى ضمن نموذج فيزيائي واحد.” أصبحت Blazar Tone 599 ساحة اختبار أخرى حيث تعمل البشرية على تطوير أدوات للعصر الذي لن يكون لدينا فيه “آذان” كهرومغناطيسية فحسب، بل أيضًا “آذان” موجات الجاذبية للاستماع إلى الكون. تم دعم عمليات الرصد باستخدام التلسكوبات الخاصة بـ SAO RAS من قبل وزارة العلوم والتعليم العالي في الاتحاد الروسي. بالإضافة إلى موظفي مرصد الفيزياء الفلكية الخاص التابع للأكاديمية الروسية للعلوم (نيجني أرخيز)، وجامعة ولاية سانت بطرسبرغ ومعهد MIPT، وعلماء الفيزياء الفلكية من مرصد القرم للفيزياء الفلكية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، ومرصد بولكوفو، ومعهد علم الفلك التطبيقي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، ومرصد شينجيانغ الفلكي، ومرصد شنغهاي الفلكي، ومرصد قويتشو لعلم الفلك الراديوي (الصين)، وكذلك من مرصد ليبيديف. المعهد الفيزيائي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، ومعهد البحوث النووية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، ومعهد ماكس بلانك لعلم الفلك الراديوي (ألمانيا).