قد يكون الثقب الأسود في مجرة ​​درب التبانة يدور بأقصى سرعة

في قلب مجرة درب التبانة يكمن وزن كوني ثقيل: القوس أ* (Sgr A*)، وهو ثقب أسود فائق الكتلة يُقدر وزنه بحوالي 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. يقع في المركز النجمي الكثيف لمجرتنا، حيث تدور النجوم في مسارات ضيقة ومحمومة - متأثرة بوضوح بوجود هائل غير مرئي. على الرغم من أن القوس أ* خامد مقارنة بالثقوب السوداء الدرامية في مراكز المجرات النشطة، إلا أنه يلعب دورًا حاسمًا في تشكيل ديناميكيات الجاذبية لمجرة درب التبانة. تم اكتشاف القوس أ* في السبعينيات كمصدر راديو ساطع، وأصبح أحد أكثر الأجسام التي تخضع للتدقيق في الفيزياء الفلكية الحديثة. سمحت الملاحظات على مدى عقود للعلماء بتتبع مدارات النجوم الفردية - بعضها يتحرك بسرعات تزيد عن 7000 كيلومتر في الثانية - بالقرب من الثقب الأسود، مما يؤكد كتلته وحجمه الصغير. ولكن هناك ما هو أكثر من مجرد كتلته لهذا العملاق الكوني. تحول التركيز مؤخرًا إلى لغز أعمق: هل يدور الثقب الأسود؟ وإن كان كذلك، فما سرعته؟

أدلة الدوران: قياس ما لا يُقاس

على عكس الكتلة النجمية، التي يُمكن حسابها من خلال ميكانيكا المدارات، فإن الدوران مُحيّر. فالثقوب السوداء لا تُصدر ضوءًا، ولا يُلقي دورانها بظلال. بدلًا من ذلك، يجب على العلماء استنتاج الدوران من خلال دراسة انبعاثات الأشعة السينية، والانزياحات الحمراء التجاذبية، وتفاعلات المجال المغناطيسي في قرص تراكم الثقب الأسود - الحلقة المتوهجة من الغاز والحطام التي تدور حلزونيًا نحو الداخل. بالنسبة للقوس أ*، تُشير البيانات المُتاحة إلى إمكانية دورانه بأقصى سرعة نظرية تقريبًا. في نظرية النسبية العامة لأينشتاين، للثقوب السوداء حدٌّ لسرعة دورانها دون كسر نسيج الزمكان - يُعبَّر عن هذا الحد بواسطة مُعامل الدوران أ، الذي يتراوح من 0 (غير دوار) إلى 1 (دوران أقصى). قد تقترب Sgr A* من a = 1، وهو مفهومٌ مُحيّرٌ يُشير إلى أن أفق الحدث الخاص بها يتمدد ويتشوه بفعل طاقة دورانية هائلة. وقد وفّر الاستخدام الحديث لمرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، بالإضافة إلى بيانات الراديو والأشعة تحت الحمراء، صورةً مُركّبة. وتأتي الأدلة من رصد خطوط انبعاث الحديد بالقرب من أفق الحدث، وشكل التوهجات المتأخرة زمنيًا، وسلوك المادة المحيطة. باختصار، يُجمّع العلماء لغزًا مُعقدًا من الأدلة المحفورة في الفوتونات والبلازما.

لماذا يُعد الدوران السريع مهمًا: إطلاق العنان للقوة الكونية

لماذا يُعد دوران الثقب الأسود أمرًا بالغ الأهمية؟ لأن الدوران قوة وتأثير. ثقب أسود يدور بأقصى سرعة، مثل Sgr A*، قد يُشكل ليس فقط بيئته الخاصة، بل قد يُشكل أيضًا التطور الأوسع للمجرة نفسها. من أهم تأثيرات الدوران السريع ظاهرة انزلاق الإطار، والمعروفة أيضًا باسم تأثير Lense-Thirring. ببساطة، يُمكن للثقب الأسود الدوار أن يُلوي الزمكان حوله، مُجبرًا أي شيء قريب منه على الحركة مع الدوران، حتى الضوء. قد يؤثر هذا على كيفية دوران المادة داخل الثقب الأسود، والذي بدوره يُحدد مقدار الطاقة والإشعاع الذي يُصدره. في الثقوب السوداء فائقة الكتلة، يُمكن للدوران السريع أن يُضخم إنتاج النفثات. على الرغم من أن Sgr A* لا يُظهر حاليًا نفثات ضخمة كتلك التي تُرى في النوى المجرية النشطة (AGN)، إلا أن البيانات التاريخية تُشير إلى أنه ربما كان كذلك في الماضي. فقاعات فيرمي، وهي هياكل تشبه البالونات من طاقة أشعة غاما، تمتد لآلاف السنين الضوئية فوق وتحت المستوى المجري، يُعتقد أنها بقايا من هذا النشاط القديم - ربما مدفوعة بدورانها. بالإضافة إلى ذلك، قد يُحدد الدوران السريع مدى كفاءة الثقب الأسود في التهام المواد. يمكن للثقوب السوداء الدوارة الوصول إلى الداخل بعمق أكبر، مما يجعلها "محركات" أكثر كفاءة لتحويل الكتلة إلى طاقة مشعة. قد يؤثر هذا على معدلات تكوين النجوم والتركيب الكيميائي للغاز البينجمي في جميع أنحاء المجرة الداخلية. وفي عصر علم فلك الموجات الثقالية، تُعد معرفة دوران الثقب الأسود Sgr A* أمرًا بالغ الأهمية. عندما يندمج الثقبان الأسودان، يؤثر الدوران على الموجات الثقالية الناتجة وسرعة الركلة النهائية للثقب الأسود الناتج. سيساعد فهم دوران الثقب الأسود Sgr A* علماء الفلك على فك رموز الاندماجات الماضية والمستقبلية في جميع أنحاء الكون.

آفاق الرصد: النظر إلى الهاوية

يدخل علماء الفلك الآن عصرًا ذهبيًا لعلم الثقوب السوداء. كانت صورة تلسكوب أفق الحدث (EHT) الرائدة لثقب الرامي أ*، والتي نُشرت عام ٢٠٢٢، أول مرة "نرى" فيها ظل ثقبنا الأسود المجري، مؤكدةً بذلك العديد من التوقعات النظرية. بخلاف صورة الثقب الأسود في مجرة M87، التي أظهرت بنية مستقرة نسبيًا، كانت صورة الرامي أ* أكثر ضبابية، ويعود ذلك إلى حد كبير إلى نشاطه الديناميكي وقربه من الأرض. ومع ذلك، فقد كانت إنجازًا تاريخيًا. ستُحسّن التحديثات المستقبلية لتلسكوب أفق الحدث وغيره من المراصد من وضوح الصورة. تستخدم مشاريع مثل GRAVITY، وهو جهاز على متن التلسكوب العملاق جدًا (VLT) التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي، تقنية التداخل لقياس حركة النقاط الساخنة بالقرب من أفق الحدث آنيًا. قد تكشف هذه الملاحظات قريبًا عن اتجاه وسرعة دوران الرامي أ* بدقة غير مسبوقة. كما ستُعمّق البعثات الفضائية فهمنا. صُمّم مرصد أثينا للأشعة السينية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ومهمة لينكس التابعة لناسا لتوفير دقة أفضل بكثير للظواهر عالية الطاقة بالقرب من الثقوب السوداء. وقد تُساعد تلسكوبات مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) في رسم خريطة لبيئة مركز المجرة بتفاصيل غير مسبوقة. وحتى مع تحسيننا للأدوات وعمليات المحاكاة، يظل القوس أ* حقل اختبار وصندوقًا غامضًا في آنٍ واحد. فكل اكتشاف جديد لا يُلقي الضوء على الثقب الأسود نفسه فحسب، بل يُساعد الفيزيائيين أيضًا على اختبار حدود النسبية العامة وفهم دورة حياة المجرات ككل.