يمكن أن يتأثر تطور المجرة بنفاثات الثقب الأسود

في العقود الأخيرة، وجد علماء الفلك دليلاً على أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تعبث بتطور مجراتها. إنهم يلتهمون المواد المخصصة لتكوين النجوم، مما يؤدي إلى إخماد ولادة النجوم. على العكس من ذلك، يمكن للنفاثات المتدفقة بعيدًا عن تلك الوحوش الجائعة أن تنشط المناطق الغنية بالغاز وتعزز فرص ولادة المجرة لدفعات من النجوم في تلك المناطق.

ركزت دراسة حديثة أجراها فريق من علماء الفلك في جامعة ولاية أريزونا ومعهد رامان للأبحاث في الهند على أغلفة كبيرة من الغاز يبدو أنها تحيط بالعديد من المجرات، بما في ذلك درب التبانة. يمكن أن يكون هذا الخزان، الذي يسمى الوسط المحيط بالمجرة (أو CGM للاختصار)، ضخمًا جدًا، حيث يمتد أحيانًا من 10 إلى 20 ضعف حجم الجزء المرئي من المجرة. إن CGM هو ما يسمى بـ “خزان الباريون” (أي المادة المرئية) الذي يساهم وينظم التطور طويل المدى للمجرة. تعتبر الغازات الموجودة في هذه المناطق مصدرًا قيمًا للمواد اللازمة لولادة النجوم أثناء انتقالها إلى المجرة المجاورة وتتجمع معًا تحت قوة الجاذبية.

قام أعضاء الفريق سانتشاتيتا بورثاكور (ASU) ونامراتا روي (RRI) بدمج عمليات رصد مئات المجرات مع النفاثات النشطة. تم إجراء هذه الدراسات باستخدام أداة المسح الطيفي للطاقة المظلمة (DESI) (المثبتة على تلسكوب Mayall الذي يبلغ قطره 4 أمتار في Kitt Peak في أريزونا) وقياسات النفاثات الراديوية من مسح LOFAR للسماء بطول مترين (LoTSS) (صفيف راديو منخفض التردد موجود في أوروبا). لقد أخذوا القياسات المجمعة القادمة تحديدًا من النفاثات، وبحثوا عن الإشارات الواضحة للهيدروجين المتأين (H-alpha).

وأظهرت النتيجة مجموعة إشارات واضحة وقوية للغاية من محاور النفاثات الراديوية. وهذا يعني أن الطائرات “تسخن” الغازات الموجودة على طول مساراتها. تأثيرها الأقوى هو المكان الذي تتلامس فيه النفاثات مع CGM ثم أبعد من ذلك بينما تسافر النفاثات عبر الفضاء وتطلق طاقاتها الفائقة. وفي كلا المكانين، يمكن لجبهات الصدمة وانبعاث الطاقة أن تشعل الغازات أو تعطلها. والنتيجة النهائية هي موجة من تشكل النجوم على طول المناطق المصدومة، أو “إخماد” ولادة النجوم حيث تعطل الطائرة إمدادات الغاز. وفقًا لروي، يوضح عمل النفاثات شيئًا مدهشًا حول قوة الثقوب السوداء الهائلة. “السؤال المثير للدهشة هو: كيف يمكن لشيء صغير جدًا أن يؤثر بقوة على شيء ضخم جدًا؟” قال روي.

الثقوب السوداء ونفاثاتها

يُشار عادةً إلى المجرات ذات الثقوب السوداء والنفاثات النشطة باسم نوى المجرة النشطة (AGN). لا تحدث هذه التدفقات في الفراغ، ولهذا السبب بحث علماء الفلك عن أدلة على نشاطها في CGM المحيطة. قال روي: “أكثر ما يثير اهتمامي هو حجم الارتباط”. “الثقب الأسود صغير بشكل لا يصدق مقارنة بالمجرة، لكن تأثيره يمكن أن يصل إلى مئات الآلاف من السنين الضوئية، بعيدًا إلى الأطراف الخارجية للمجرة. يحمل النفاث الطاقة إلى الخارج، ويضيء الغاز على طول مساره.”

منظر فني لثقب أسود نشط فائق الكتلة ونفاثاته القوية. حقوق الصورة: ESO/L. كالسادا

تتشكل النفاثات نفسها (المعروفة أيضًا باسم النفاثات النسبية) في أزواج على شكل تدفقات خارجية عالية الطاقة وعالية السرعة بعيدًا عن الثقب الأسود. يتم إنتاجها عندما تدور مادة بالقرب من الثقب الأسود وتسخن بشدة. يجب أن تذهب الحرارة إلى مكان ما، والطائرة هي التي تتشكل. تنتج الطائرات انبعاثات في جميع نطاقات الموجات، بما في ذلك ترددات الراديو، مما يسمح بدراستها بالتفصيل. والطاقة التي تحملها هي ما نكتشفه من الأرض باستخدام الأشعة السينية والراديو وغيرها من الأدوات. إن الحركات النفاثة – التسخين والتحريك والصدمة والإزعاج لسحب الغاز – هي ما يمكن أن يوفر عمل كبح أو تسريع لنمو المجرة. إذا كان الثقب الأسود يلتهم الإمدادات المتاحة من الغاز في الجوار القريب، أو أن نفثه يدمر تلك الإمدادات في أماكن أبعد في المجرة، فإن ذلك له تأثير عميق على مدى سرعة نمو المجرة. في أسوأ السيناريوهات، يمكن لأنشطة الثقب الأسود وتدفقاته أن تجعل المجرة في حالة سكون. وهذا يعني أنها لن تشكل العديد من النجوم (إن وجدت). نحن كان رؤية موت النجوم في مثل هذه المجرة، الأمر الذي من شأنه أن يجلب مواد وتأثيرات جديدة لولادة النجوم، ولكن سيكون “نظرة” مختلفة.

ما هي الآثار؟

إذا كانت النفاثات تزعج وتنشط سحب الغاز في CGM بعيدًا عن الثقب الأسود، فإن فرص حدوث انفجارات لتشكل النجوم على طول المناطق التي تتدفق فيها النفاثات تكون أعلى بكثير. ولهذا السبب من المهم النظر على طول محاور النفاثات للعثور على المناطق التي تتأثر فيها الغازات بطريقة ما. في المستقبل، يمكن لعلماء الفلك إنشاء المزيد من عمليات المحاكاة لهذا النوع من الحركة، بالإضافة إلى المزيد من الملاحظات مثل تلك التي تم إجراؤها باستخدام DESI وLOFAR بالفعل. يجب أن تكون النتيجة حجة أقوى لفهم التفاعلات التي تمت ملاحظتها بالفعل بين النفاثات الراديوية في AGN وCGM التي تشكل هالات حول مجراتها.

صورة التقطتها تلسكوب هابل الفضائي لطائرة طولها 5000 سنة ضوئية تم إخراجها من المجرة النشطة M87. يتناقض إشعاع السنكروترون الأزرق مع ضوء النجوم الأصفر القادم من المجرة المضيفة. النقاط المنتشرة حول الصورة ليست نجومًا منفردة، بل مجموعات نجمية كروية. مصدر الصورة: ناسا/فريق تراث هابل (STScI/AURA)

لمزيد من المعلومات

قد تشكل نفاثات الثقب الأسود مصير المجرات بأكملها

إضاءة الوسط المحيط بالمجرة: انبعاث ألفا H قوي ومحاذي للنفث حول المجرات الراديوية