خاص – مروة البطة
قام الفيزيائيون بحساب سرعة دوران الثقب الأسود الهائل في مجرة درب التبانة، والذي يسمى القوس A* (Sgr A*)، باستخدام مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا لعرض الأشعة السينية وموجات الراديو المنبعثة من تدفقات المواد إلى الخارج.
يتم تعريف سرعة دوران الثقب الأسود بـ “a” وتعطى قيمة من 0 إلى 1، حيث يمثل 1 أقصى سرعة دوران لثقب أسود معين، وهو جزء كبير من سرعة الضوء.
وجدت روث دالي ، عالمة الفيزياء في ولاية بنسلفانيا، وزملاؤها أن سرعة دوران القوس أ* تتراوح بين 0.84 و0.96، وهو قريب من الحد الأعلى الذي يحدده عرض الثقب الأسود، وصف الفريق سرعة Sgr A * المذهلة في دراسة نشرت في 21 أكتوبر في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية .
إن اكتشاف أن القوس A* يدور بسرعته القصوى له آثار بعيدة المدى على فهمنا لتكوين الثقب الأسود والعمليات الفيزيائية الفلكية المرتبطة بهذه الأجسام الكونية الرائعة”، كما يقول كزافييه كالميت ، عالم الفيزياء النظرية في جامعة ساسكس والذي لم يكن مشاركاً في البحث.
الثقوب السوداء يشكل عائق
يختلف دوران الثقب الأسود عن دوران الأجسام الكونية الأخرى. في حين أن الكواكب والنجوم والكويكبات هي أجسام صلبة ذات أسطح مادية، فإن الثقوب السوداء هي في الواقع مناطق من الزمكان يحدها سطح خارجي غير مادي يسمى أفق الحدث، والذي لا يمكن للضوء أن يهرب بعده.
وقال كالميت: “في حين أن دوران الكوكب أو النجم محكوم بتوزيع كتلته، فإن دوران الثقب الأسود يوصف بزخمه الزاوي”. “بسبب قوى الجاذبية الشديدة بالقرب من الثقب الأسود، يتسبب الدوران في أن يصبح الزمكان منحنيًا وملتويًا للغاية، مما يشكل ما يعرف باسم الإرغوسفير. وهذا التأثير فريد بالنسبة للثقوب السوداء ولا يحدث مع الأجسام الصلبة مثل الكواكب أو النجوم. ”
وهذا يعني أنه عندما تدور، تقوم الثقوب السوداء حرفيًا بلف نسيج الزمكان ذاته وتسحب أي شيء داخل الغلاف الجوي.
هذه الظاهرة، التي تسمى “سحب الإطار” أو “تأثير العدسات والثيرنج”، تعني أنه لفهم الطريقة التي يتصرف بها الفضاء حول الثقب الأسود، يحتاج الباحثون إلى معرفة دورانه. يؤدي سحب الإطار أيضًا إلى ظهور تأثيرات بصرية غريبة حول الثقوب السوداء.
وقال كالميت: “بينما ينتقل الضوء بالقرب من ثقب أسود دوار، فإن دوران الزمكان يتسبب في أن يكون مسار الضوء منحنيا أو ملتويا”. “ينتج عن هذا ظاهرة تسمى عدسة الجاذبية، حيث ينحني مسار الضوء بسبب تأثير جاذبية الثقب الأسود الدوار. يمكن أن يؤدي تأثير سحب الإطار إلى تكوين حلقات ضوئية وحتى إنشاء ظل الثقب الأسود. هذه مظاهر لتأثير جاذبية الثقوب السوداء على الضوء.”
يتم تحديد السرعة القصوى النظرية للثقب الأسود من خلال كيفية تغذيته على المادة، وبالتالي كيفية نموه.
وقال كالميت: “عندما تسقط المادة داخل الثقب الأسود، فإنها تزيد من دوران الثقب الأسود، ولكن هناك حد لمقدار الزخم الزاوي الذي يمكن أن يمتلكه”. “هناك عامل آخر وهو كتلة الثقب الأسود. فالثقوب السوداء الأكبر حجمًا تتمتع بجاذبية أعلى، مما يجعل زيادة دورانها أكثر صعوبة.
وأضاف: “بالإضافة إلى ذلك، فإن التفاعل بين الثقب الأسود والمناطق المحيطة به، مثل الأقراص التراكمية، يمكن أن ينقل الزخم الزاوي ويؤثر على دوران الثقب الأسود”.
يمكن أن يفسر هذا سبب كون Sgr A*، الذي تعادل كتلته حوالي 4.5 مليون شمس، لديه سرعة دوران تتراوح بين 0.84 و0.96، لكن الثقب الأسود فائق الكتلة الذي يتغذى بسرعة في قلب المجرة M87 – كأول ثقب أسود يتم تصويره على الإطلاق، وتدور بسرعة تتراوح بين 0.89 و0.91، على الرغم من أن كتلتها تعادل 6.5 مليار شمس.
