أصبح من الواضح لماذا لا ينفد وقود الثقوب السوداء أبدًا
ويعتقد أن كل مجرة كبيرة في الكون تقريبًا بها ثقب أسود هائل في مركزها، وتتراوح كتلته من ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس.
تنمو الثقوب السوداء عن طريق استهلاك المواد المحيطة بها، ولكنها في هذه العملية تقذف أيضًا نفاثات طاقة قوية. تقوم هذه النفاثات بتسخين الغاز المحيط، مما يؤخر تكوين النجوم الجديدة ويؤثر على نمو المجرة ككل.
لقد قدم هذا لغزًا للباحثين منذ فترة طويلة. عندما يُطلق الثقب الأسود نفاثات ويسخن الغاز المحيط به، فإن الغاز الذي كان من الممكن أن يستهلكه الثقب الأسود – أي مصدر الطاقة الخاص به – يتبدد بعيدًا. ومع ذلك، لماذا لا “ينفد الوقود” من الثقوب السوداء، بل تستمر في النمو؟
ولتفسير هذا اللغز، اقترح الباحثون الفرضية التالية: يبرد الغاز الناتج عن الحرارة في نهاية المطاف في الفضاء بين النجوم ويتكثف في هياكل رقيقة تشبه الخيوط تسمى الخيوط. ثم تتراجع هذه الخيوط نحو الثقب الأسود.
وقد جعلت دراسة منشورة حديثًا الباحثين أقرب إلى تأكيد هذه الفكرة. قام فريق دولي بقيادة جولي هلفاسيك لاروندو، الأستاذة في جامعة مونتريال، بمراقبة المجرة المركزية NGC 4696 في عنقود قنطورس وأظهر وجود صلة بين هذه الخيوط والثقب الأسود المركزي.
“نظام إعادة التدوير الكوني” للتدفئة والتبريد
يقع NGC 4696 على بعد حوالي 145 مليون سنة ضوئية من الأرض. لقد كان موضع مراقبة مكثفة في الماضي، بما في ذلك اكتشاف هيكل حلزوني على شكل حرف S حول ثقبه الأسود المركزي.
في هذه الدراسة، لاحظ الفريق المنطقة المركزية للمجرة لمدة ثماني ساعات تقريبًا باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). حققت الملاحظات دقة كافية لتمييز الهياكل التي يبلغ عرضها حوالي 30 سنة ضوئية فقط. ولوضع ذلك في الاعتبار، إذا تم قياس مجرة يبلغ عرضها 300 ألف سنة ضوئية بحجم ملعب كرة قدم، فإن هذا سيكون معادلاً لتحديد قطعة رخام واحدة موضوعة في ذلك الملعب من مسافة 50 كيلومترًا.
كشفت حركة الغاز المرصودة أن الحلزون على شكل حرف S هو في الواقع قرص دوار من الغاز يدور حول الثقب الأسود. يبلغ قطر القرص حوالي 800 سنة ضوئية، ويتم سحب الغاز بواسطة الجاذبية الهائلة للثقب الأسود ويدور بسرعة عدة مئات من الكيلومترات في الثانية. تم قياس فرق السرعة بحوالي 600 كيلومتر في الثانية بين الحواف المتقابلة للقرص.
وأظهرت الملاحظات أيضًا أن الخيوط المتكونة من الغاز المتكثف تتدفق مباشرة إلى حافة القرص. وينتقل الغاز عبر هذه الخيوط، ويتراكم في القرص، ويتم إمداده في النهاية إلى الثقب الأسود على شكل “وقود”. ولأول مرة، تم تصور هذا المسار بأكمله بشكل مباشر.
يقول هلافاسيك-لاروندو: “ما يكشفه تلسكوب جيمس ويب الفضائي هو أن الثقوب السوداء قد تكون هي أدوات إعادة التدوير الكونية النهائية”. “إنها تطلق كميات هائلة من الطاقة التي تعمل على تسخين المناطق المحيطة بها، ومع ذلك فإن نفس الغاز يمكن أن يبرد لاحقًا إلى خيوط رقيقة تتراجع إلى الداخل وتغذي الثقب الأسود مرة أخرى. نحن أخيرًا نرى هذه الدورة المكتفية ذاتيًا في العمل.”
تتحكم الثقوب السوداء في نمو المجرات
بالإضافة إلى الملاحظات، أجرى فريق البحث عمليات محاكاة حاسوبية، مما قادهم إلى النظرية التالية:
عندما يسقط الغاز الخيطي باتجاه الثقب الأسود، تعمل المجالات المغناطيسية الممتدة مثل الحبال، وتبذل عزمًا يزيل الزخم الزاوي للغاز. ونتيجة لذلك، يسقط الغاز داخل القرص بدلاً من أن يتبدد بعيدًا.
