توضح محاكاة فائقة الدقة كيف تنتج الثقوب السوداء عروضًا ضوئية طبيعية مبهرة تُرى من مسافات تصل إلى مليارات السنين الضوئية، مما يكشف سر ظاهرة لطالما شكلت لغزًا في علم الفلك؛ فهذه العروض الضوئية تنشأ من المادة التي تصدر طاقة قوية أثناء سقوطها داخل الثقب الأسود، سواء كانت مواد غازية، جزيئات غبارية، أو أنواع أخرى، وقد تمكن فريق من خبراء مؤسسة سيمونز في نيويورك من دراسة هذه المناطق القاسية في الفضاء عبر تحليل بيانات طيف الضوء باستخدام أجهزة حوسبة متقدمة.
كيف تنتج الثقوب السوداء عروضًا ضوئية عبر امتصاص الغبار والغاز
تتمتع الثقوب السوداء بجاذبية هائلة تستقطب إليها الغبار والغاز المحيط، بالإضافة إلى الكواكب وحتى ثقوب سوداء أخرى، بحيث تسحب القوى الجذبية الهائلة المواد مثل الغازات والبلازما والجسيمات الغبارية نحو قرص متوهّج برتقالي اللون يدور حول الثقب، ويُطلق على هذا القرص اسم «قرص التراكم»؛ يعد هذا القرص الساخن المصدر الأساسي للضوء الذي يُمكن بفضله رصد الثقوب السوداء في أبعد المجرات، إذ ينبعث منه إشعاع قوي ناتج عن احتكاك وتسارع المادة أثناء اقترابها من الثقب.
إنتاج صور فائقة الدقة لثقوب سوداء عملاقة وكيف تنتج الثقوب السوداء عروضًا ضوئية مميزة
نجح العلماء في توليد صور عالية الدقة لثقوب سوداء فائقة الكتلة، يتراوح حجمها من مئات الملايين إلى مليارات أضعاف كتلة الشمس، حيث تتطور هذه الثقوب الهائلة خلال فترات زمنية تمتد من سنوات إلى قرون طويلة، وتؤثر بشكل مباشر في تشكل وتطور المجرات التي تحيط بها؛ أظهرت المحاكاة أن المادة تحيط بهذه الثقوب بأقراص متقلبة يتخللها إشعاع مهيمن، ينتج عنه رياح عاصفة متقلبة وأحيانًا نفاثات قوية، ورغم هذا الاضطراب الكبير، يظل قرص التراكم متماسكًا وقريبًا من الثقب الأسود، مما يفسر قدرة هذه الأقراص على إنتاج تلك العروض الضوئية المبهرة.
تفصيل دقيق للعمليات الفيزيائية وتفسير كيف تنتج الثقوب السوداء عروضًا ضوئية طبيعية
نشرت هذه النتائج الرائدة في مجلة The Astrophysical Journal، حيث تميّزت بأنها أول محاكاة تحسب بدقة العمليات الفيزيائية التي تحدث أثناء تراكم المادة حول الثقوب السوداء النجمية، إذ كانت الدراسات السابقة تبسط في معالجة الإشعاع، معاملة إياه كسائل، وهو تفسير غير دقيق لطبيعة سلوك الضوء هذه المحاكاة المتقدمة استخدمت قوة الحوسبة الفائقة لمعالجة بيانات طيف الضوء، ما ساعد العلماء على فهم كيفية نشوء الإشعاعات والرياح والنفاثات التي تصدر منها تلك العروض الضوئية، وتأثيرها في بنية القرص التراكمي وسلوكه.
- امتصاص المادة المحيطة وتكوين قرص التراكم المتوهج
- توليد الإشعاع والرياح المتقلبة والنفاثات القوية
- انتقال الطاقة والإشعاع من المادة الساقطة إلى الخارج على شكل عروض ضوئية
- استخدام تقنيات الحوسبة الفائقة لتحليل طيف الضوء بدقة عالية
| العامل | التأثير في إنتاج العروض الضوئية |
|---|---|
| كتلة الثقب الأسود | تتحكم في قوة الجاذبية وسرعة سقوط المادة |
| قرص التراكم | يبعث طيفًا ضوئيًا عالي الطاقة نتيجة الاحتكاك |
| الإشعاع المهيمن | ينتج الرياح والنفاثات الضوئية القوية |