تكبير الثقب الأسود ونفاثة Messier 87. Credit: ESO / L. Calçada، Digitized Sky Survey 2، ESA / Hubble، RadioAstron، De Gasperin et al.، Kim et al.، R. Lu and E. Ros (GMVA)، S. Dagnello (NRAO / AUI / NSF).
كشف النقاب عن علماء الفلك اليوم صور جديدة للثقب الأسود في وسط مجرة M87 ، تظهر نسخة أكثر رقة من الحلقة المتوهجة للثقب الأسود ونفثها القوي معًا في نفس الصورة لأول مرة. ال تلسكوب أفق الحدث قام (EHT) بتصوير الثقب الأسود لأول مرة في عام 2017 ؛ تستند هذه الصورة الجديدة إلى البيانات التي تم جمعها بواسطة مجموعة المليمترات العالمية VLBI (GMVA) ، التي التقطت الانبعاثات الراديوية بطول موجة مختلف قليلاً ولكن مهم علميًا. تم وصف تفاصيل بيانات المراقبة الجديدة وطرق معالجة الصور والمحاكاة الحاسوبية المرتبطة بها في ورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Nature.
“هذه هي الصورة الأولى حيث يمكننا تحديد مكان الحلقة بالنسبة إلى النفاثة القوية التي تهرب من الثقب الأسود المركزي ،” قال المؤلف المشارك Kazunori Akiyama من مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الذي طور برنامج التصوير المستخدم لتصور الثقب الأسود. “يمكننا الآن البدء في معالجة أسئلة مثل كيفية تسريع الجسيمات وتسخينها والعديد من الألغاز الأخرى حول الثقب الأسود بشكل أعمق.”
كما ذكرنا سابقًا ، فإن EHT عبارة عن مجموعة من التلسكوبات المنتشرة في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك الأجهزة من هاواي إلى أوروبا ومن القطب الجنوبي إلى جرينلاند. تم إنشاء “التلسكوب” بواسطة عملية تسمى قياس التداخل ، والتي تستخدم الضوء الملتقط في مواقع مختلفة لإنشاء صورة بدقة تعادل تلسكوب عملاق (تلسكوب كبير جدًا ، كما لو كان كبيرًا مثل المسافة بين المواقع البعيدة للتلسكوبات الفردية).
احتل العلماء العاملون في EHT عناوين الصحف العالمية في عام 2019 عندما كشفوا عن أول صورة مباشرة للثقب الخلفي في مركز مجرة M87. بعد ذلك بعامين ، أصدر باحثو EHT صورة جديدة لنفس الثقب الأسود ، وهذه المرة توضح كيف بدا الضوء المستقطب. القدرة على قياس هذا الاستقطاب ولأول مرة ــ أسفر توقيع المجالات المغناطيسية على حافة الثقب الأسود ــ عن نظرة ثاقبة جديدة حول كيفية قيام الثقوب السوداء بابتلاع المادة وإصدار نفاثات قوية من نواتها. كان الفلكيون قادرين أيضًا على ذلك تعيين خطوط المجال المغناطيسي عند الحافة الداخلية ودراسة التفاعل بين المادة التي تتدفق إلى الداخل وتنفجر إلى الخارج.
وفي وقت سابق من هذا الشهر ، طبق أربعة أعضاء من تعاون EHT تقنية جديدة للتعلم الآلي ، يطلق عليها PRIMO (نمذجة قياس التداخل المكون الرئيسي) ، على بيانات 2017 الأصلية ، مما يعطي تلك الصورة الشهيرة تحولها الأول. حلل PRIMO أكثر من 30000 صورة محاكاة للثقوب السوداء تتراكم الغاز ، مع الأخذ في الاعتبار العديد من النماذج المختلفة لكيفية حدوث هذا التراكم للمادة. تم فرز الأنماط الهيكلية حسب عدد مرات ظهورها في عمليات المحاكاة ، ثم قام PRIMO بمزجها لإنتاج صورة جديدة عالية الدقة للثقب الأسود.
S. Dagnello (NRAO / AUI / NSF)
تستفيد هذه الصورة الجديدة من تعاون GMVA من انبعاثات الراديو ذات الطول الموجي المختلف ، والتي تم جمعها في 14-15 أبريل 2018. في حين تم ضبط شبكة التلسكوبات الخاصة بـ EHT على دقة 1.3 ملم ، تم ضبط تلسكوبات GMVA على 3.5 ملم. على سبيل المقارنة ، عالم فلك مرصد قش وصف جيفري كروز صورة EHT الأصلية على أنها “مصنوعة في FM” ، بينما كانت صورة GMVA الجديدة هذه “قادمة من AM” ، مضيفة ، “تحكي قصة معًا ، إنها قصة أفضل معًا.”
نظرًا لأن تلسكوبات GMVA تقع على طول محور الأرض من الشرق إلى الغرب ، فإن البيانات من تلسكوب جرينلاند إلى الشمال و مصفوفة أتاكاما كبيرة المليمتر / المتر تم تضمين (ALMA) إلى الجنوب لإكمال الصورة. هذا ما مكّن علماء الفلك من التقاط ظل الثقب الأسود ورؤية أفضل للانبعاثات النفاثة في نفس الوقت. تمت مزامنة البيانات من جميع هذه التلسكوبات باستخدام قياس التداخل ، وتم تطبيق خوارزميات مختلفة لمعالجة الصور – بما في ذلك مكتبة تصوير النمذجة المتفرقة لقياس التداخل التي طورها أكياما – لإنتاج الصورة النهائية.
R.-S. Lu (SHAO) ، E. Ros (MPIfR) ، S. Dagnello (NRAO / AUI / NSF
الحلقة المتوهجة التي تم تصويرها لأول مرة بواسطة EHT هي نتيجة للمادة التي تدور حول الثقب الأسود. تسخن هذه المادة ، وتؤدي الجاذبية القوية للثقب الأسود إلى ثني الضوء المنبعث حول نفسه لتكوين حلقة من الضوء مع منطقة مظلمة في المركز – ظل الثقب الأسود. لكن صورة GMVA تُظهر حلقة أكثر انتفاخًا بنسبة 50 بالمائة مما كانت عليه في صورة EHT الأصلية. تشير عمليات المحاكاة الحاسوبية اللاحقة إلى أن هذا يرجع إلى أن الصورة الجديدة تكشف المزيد من المواد التي تسقط باتجاه الثقب الأسود – وتحديداً ، البلازما فائقة السخونة من قرص التراكم المحيط.
كان هناك أيضًا مسار بلازما يمتد من الحلقة المركزية ، وعلى الأرجح جزء من الطائرة النفاثة تنفجر إلى الخارج في الفضاء. في حين أن علماء الفلك يعرفون منذ فترة طويلة أن الثقوب السوداء مثل M87 يمكنها إطلاق نفاثات قوية من المادة ، فإن الفيزياء الأساسية ليست مفهومة تمامًا ، والقدرة على مراقبة المكان الذي تنشأ فيه الطائرة بالقرب من الثقب الأسود أمر حيوي لتعلم المزيد. مكنت الدقة البالغة 3.5 ملم لشبكة GMVA علماء الفلك من رؤية كيفية خروج الطائرة القوية من الحلقة المتوهجة ، لتكشف لأول مرة أن قاعدة الطائرة متصلة بالفعل بتلك الحلقة.
“الشيء المثير هو أننا ما زلنا نرى ميزة الظل للثقب الأسود ، لكننا بدأنا أيضًا في رؤية نفاث ممتد أكثر ،” قال أكياما. “لكي تبعث البلازما الضوء بهذا الطول الموجي ، يجب أن تكون ساخنة للغاية ، بحيث ينتقل كل جسيم في البلازما بسرعة الضوء تقريبًا. لذلك يتم تسريع الجسيمات إلى سرعات نسبية. ونرى أنه في حالة M87 ، فإن هذه الطائرة تتوسع وتنتقل عبر نطاق واسع حقًا “.
ستستهدف الأرصاد المستقبلية المزيد من الأطوال الموجية الراديوية لمواصلة تجسيد القصة العلمية لـ M87 ، وإخبار علماء الفلك المزيد عن ملف تعريف درجة الحرارة وتكوين بلازما الثقب الأسود ، على سبيل المثال.
DOI: Nature، 2023. 10.1038 / s41586-023-05843-w (حول DOIs).
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”