الثقوب السوداء هي واحدة من أكثر الأشياء التي يساء فهمها في الكون. الكثير من الارتباك ينبع من أسمائهم. عندما تسمع عبارة “ثقب أسود”، قد تتخيل نفقًا في الزمكان يؤدي إلى… موت محقق أو أي شيء آخر. في الواقع، الثقوب السوداء هي بقايا النجوم المنهارة التي أصبحت كثيفة جدًا لدرجة أن قوة الجاذبية على أسطحها تصل إلى سرعة الضوء. ونتيجة لذلك، لا يمكن لأي شيء (بما في ذلك الضوء) الهروب من حدودها الخارجية، المعروفة باسم “أفق الحدث”.
في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تقود البروفيسور إيرين كارا مجموعة في طليعة فيزياء الثقب الأسود. وباستخدام بيانات من التلسكوبات الفضائية والأرضية، يدرسون خصائص الثقوب السوداء، وكيفية نموها، وكيفية تأثيرها على بيئاتها. ومما يثير اهتمام الفريق بشكل خاص الثقوب السوداء الهائلة (SMBHs) الموجودة في مراكز المجرات الضخمة، والتي تلعب دورًا مهمًا في تكوينها وتطورها.
بدأت كارا رحلتها في معهد علم الفلك بجامعة كامبريدج، حيث تابعت درجة الماجستير في الفيزياء. وبعد الانتهاء من البرنامج الذي استمر لمدة عام، بقيت لإكمال درجة الدكتوراه. حول موضوع جديد نسبيًا وهو ارتداد الأشعة السينية للثقب الأسود. كان آندي فابيان، أستاذ أبحاث الجمعية الملكية في معهد علم الفلك ورئيس مجموعة أبحاث الأشعة السينية، هو مستشار أطروحتها.
تشريح الثقب الأسود، مع التركيز على القرص التراكمي، وأفق الحدث، ومناطق أخرى. الائتمان: ناسا
في عام 2009، كان فابيان وفريقه يراجعون بيانات الأشعة السينية الأرشيفية عندما لاحظوا تأخيرات زمنية غريبة من المنطقة ذات الطاقة العالية على شكل التاج والمحيطة بالثقوب السوداء (الإكليل). لقد فسروا الإشارات على أنها أول دليل على ارتدادات الأشعة السينية حول الثقب الأسود. وتوصلوا أيضًا إلى أن ذلك نتج عن إشعاع الأشعة السينية الناتج عن ارتداد إكليل الثقب الأسود عن القرص الدوامي المكون من الغاز والغبار الذي يدور حول الثقب الأسود (القرص التراكمي). كما أوضح كارا:
ولم يعثروا إلا على هذه الأصداء في ثقب أسود واحد. لكن الأرشيف كان مليئًا ببيانات إشارات الصدى هذه التي لم يحللها أحد بهذه الطريقة بالذات. لذلك كان لديّ درجة الدكتوراه بأكملها للعب مع هذا الأرشيف، وشعرت أن الأمر مدفوع بالاكتشاف.
دفع هذا الحدث كارا إلى مواصلة دراسة صدى الأشعة السينية كتقنية لرسم خرائط للمناطق المحيطة بالثقوب السوداء. بعد حصولها على درجة الدكتوراه، قامت بعمل ما بعد الدكتوراه في جامعة ميريلاند ومركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، حيث عملت أيضًا في مهمة هيتومي اليابانية. على الرغم من فشل المهمة بعد 40 يومًا في الفضاء، إلا أن البيانات التي أعادتها أثبتت صحة أداة قياس الميكروفلوري الخاصة بها.
أبلغت هذه التكنولوجيا في وقت لاحق مهمة التصوير بالأشعة السينية والتحليل الطيفي (XRISM)، حيث يقود كارا مجموعة علمية تعمل على تحليل إشارات الأشعة السينية المنبعثة من هالات SMBH. وفي ما بينهما، عملت كارا مع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) الذي قام بتطوير البرنامج مستكشف التركيب الداخلي للنجم النيوتروني (NICER)، والذي تم دمجه الآن مع محطة الفضاء الدولية (ISS) ويقيس توقيت الأشعة السينية من المصادر الفيزيائية الفلكية.
البروفيسور إيرين كارا في معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الائتمان: برايس فيكمارك
واليوم، تواصل تطوير تقنية صدى الأشعة السينية، والتي ساعدت العلماء على رسم خريطة للمناطق المتطرفة المحيطة بالكرات الصغيرة والمتوسطة الحجم. تقوم هي وطلابها بتحليل البيانات الواردة من XRISM وNICER والبعثات الأخرى لفهم كيفية نمو الثقوب السوداء وتطورها وتأثيرها على المجرات المحيطة بها بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك، قامت مجموعتها أيضًا بدراسة مصادر الأشعة السينية المتطرفة الأخرى، بدءًا من أحداث اضطراب المد والجزر والانفجارات الدورية إلى انفجارات الثقوب السوداء.
وقد أدت جهودهم إلى بعض الاكتشافات المدهشة حول الثقوب السوداء التي تتحدى المفاهيم السابقة. سعيد كارا:
لقد كان من المعتاد أننا لم نكن نراقب الأنظمة طوال الوقت. نحن الآن نرى أنه يمكن تشغيلها وإيقافها بمعدلات أسرع بكثير مما كنا نعتقد أنه ممكن. نرى الأشياء تنجذب نحو الثقوب السوداء بشكل أسرع مما كنا نظن، ربما بسبب تحرك النجوم ووقوعها في القرص التراكمي للثقب الأسود.
وسيمتد عمل كارا قريبًا إلى المراصد المستقبلية مثل القمر الصناعي لعلم الفلك بالأشعة فوق البنفسجية (ULTRASAT) وهوائي مقياس التداخل الليزري الفضائي (LISA). ستقوم هذه المهام بمسح السماء بشكل مستمر بحثًا عن مصادر ساخنة للأشعة فوق البنفسجية، واكتشاف موجات الجاذبية منخفضة التردد الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء.
وقالت: “إنه لأمر مدهش أننا كبشر نستطيع أن نعرف أي شيء عما يحدث على بعد مليارات السنين الضوئية”. “هناك الكثير من الألغاز المفتوحة الجديدة حول الثقوب السوداء الهائلة التي أنا متحمس لها.”
مزيد من القراءة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
