منذ اكتشاف Sagittarius A * في مركز مجرتنا ، أصبح الفلكيون يفهمون أن معظم المجرات الضخمة تحتوي على ثقب أسود فائق الكتلة (SMBH) في جوهرها. ويتجلى ذلك من خلال الانبعاثات الكهرومغناطيسية القوية التي تنتج في نوى هذه المجرات - والتي تعرف باسم "النوى المجرة النشطة" (AGN) - التي يعتقد أنها ناتجة عن الغاز والغبار المتراكم على SMBH.
على مدى عقود ، كان الفلكيون يدرسون الضوء القادم من AGNs لتحديد حجم الثقوب السوداء وكثافتها. كان هذا صعبًا ، لأن هذا الضوء يخضع لتأثير دوبلر ، مما يؤدي إلى توسيع خطوطه الطيفية. ولكن بفضل النموذج الجديد الذي طوره باحثون من الصين والولايات المتحدة ، قد يتمكن الفلكيون من دراسة مناطق الخطوط العريضة (BLRs) وإجراء تقديرات أكثر دقة حول كتلة الثقوب السوداء.
ظهرت الدراسة في المجلة العلمية مؤخرًا ، "كتل متربة متقطعة كمصدر لخطوط انبعاث عريضة في نوى المجرة النشطة". طبيعة. قاد الدراسة جيان مين وانغ ، الباحث في معهد فيزياء الطاقة العالية (IHEP) في الأكاديمية الصينية للعلوم ، بمساعدة من جامعة وايومنغ وجامعة نانجينغ.
لكسرها ، من المعروف أن SMBHs لديها حيد من الغاز والغبار يحيط بها. تسرع جاذبية الثقب الأسود الغاز في هذا الطور بسرعات تصل إلى آلاف الكيلومترات في الثانية ، مما يجعله يسخن ويبعث إشعاعًا عند أطوال موجية مختلفة. تفوقت هذه الطاقة في النهاية على المجرة المحيطة بالكامل ، وهو ما يسمح للفلكيين بتحديد وجود SMBH.
كما شرح مايكل Brotherton ، أستاذ UW في قسم الفيزياء وعلم الفلك ومؤلف مشارك في الدراسة ، في بيان صحفي لـ UW:
"يعتقد الناس ،" إنه ثقب أسود. لماذا هي ساطعة للغاية؟ تصل الأقراص إلى درجات حرارة عالية لدرجة أنها أخرجت الإشعاع عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، والذي يتضمن أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو. الثقب الأسود والغاز المتراكم المحيط الذي يتغذى عليه الثقب الأسود هو وقود يشغل الكوازار ".
تأتي مشكلة مراقبة هذه المناطق المضيئة من حقيقة أن الغازات الموجودة داخلها تتحرك بسرعة كبيرة في اتجاهات مختلفة. في حين أن الغاز الذي يتحرك بعيدًا (بالنسبة لنا) يتم تحويله نحو الطرف الأحمر من الطيف ، فإن الغاز الذي يتحرك تجاهنا يتم تحويله نحو الطرف الأزرق. هذا هو ما يؤدي إلى منطقة خط عريض ، حيث يصبح طيف الضوء المنبعث أشبه بدائرة ، مما يجعل الحصول على قراءات دقيقة أمرًا صعبًا.
حاليًا ، يعتمد قياس كتلة SMBHs في نوى المجرة النشطة على "تقنية رسم صدى الصدى". باختصار ، يتضمن هذا استخدام نماذج الكمبيوتر لفحص الخطوط الطيفية المتناظرة لـ BLR وقياس التأخيرات الزمنية بينهما. يعتقد أن هذه الخطوط تنشأ من غاز تم تأينه ضوئيًا بواسطة قوة الجاذبية لـ SMBH.
ومع ذلك ، نظرًا لوجود القليل من الفهم لخطوط الانبعاث العريضة والمكونات المختلفة لـ BLRs ، فإن هذه الطريقة تؤدي إلى بعض الشكوك بين 200 و 300 ٪. قال Brotherton ، "نحاول الحصول على أسئلة أكثر تفصيلاً حول المناطق الطيفية واسعة النطاق التي تساعدنا في تشخيص كتلة الثقب الأسود". "الناس لا يعرفون من أين تأتي مناطق خط الانبعاث الواسع أو طبيعة هذا الغاز."
في المقابل ، تبنى الفريق بقيادة الدكتور وانغ نوعًا جديدًا من طراز الكمبيوتر الذي أخذ في الاعتبار ديناميكيات حيد الغاز المحيط بـ SMBH. يفترضون أن هذا الحيد سيتكون من كتل منفصلة من المادة التي يمكن أن يعطلها الثقب الأسود بشكل تدريجي ، مما يؤدي إلى تدفق بعض الغاز إليها (ويعرف أيضًا باسمها) وبعضها يتم طرده كتدفق.
من هذا ، وجدوا أن خطوط الانبعاث في BLR تخضع لثلاث خصائص - "عدم التماثل" و "الشكل" و "التحول". بعد فحص خطوط الانبعاثات المختلفة - المتناظرة وغير المتكافئة على حد سواء - وجدوا أن هذه الخصائص الثلاث كانت تعتمد بشدة على مدى سطوع كتل الغاز ، والتي فسرت على أنها نتيجة لزاوية حركتها داخل الحيد. أو كما قال دكتور Brotherton:
"ما نقترحه هو أن هذه الكتل المتربة تتحرك. يندفع بعضهم إلى بعضهم البعض ويندمجون ، ويغيرون السرعة. ربما ينتقلون إلى الكوازار ، حيث يعيش الثقب الأسود. تدور بعض الكتل من منطقة الخط العريض. البعض يطرد ".
في النهاية ، يشير نموذجهم الجديد إلى أن كتل المواد التي تم تعطيلها بشكل تدريجي من ثقب الطيف الأسود قد تمثل مصدر غاز BLR. مقارنة بالنماذج السابقة ، فإن النموذج الذي ابتكره الدكتور وانغ وزملاؤه يقيم اتصالًا بين العمليات والمكونات الرئيسية المختلفة بالقرب من SMBH. وتشمل هذه تغذية الثقب الأسود ، ومصدر الغازات الضوئية ، والحيد المترب نفسه.
في حين أن هذا البحث لا يحل جميع الألغاز المحيطة AGNs ، إلا أنها خطوة مهمة نحو الحصول على تقديرات كتلة دقيقة من SMBHs بناءً على خطوطها الطيفية. من هذه ، يمكن أن يكون الفلكيون قادرين على تحديد أكثر دقة للدور الذي لعبته هذه الثقوب السوداء في تطور المجرات الكبيرة.
تم إجراء الدراسة بفضل الدعم المقدم من البرنامج الرئيسي الوطني لبحوث العلوم والتكنولوجيا والتنمية ، وبرنامج البحوث الرئيسية لعلوم الحدود ، وكلاهما يديرهما الأكاديمية الصينية للعلوم.
