طور علماء الفيزياء الفلكية طريقة لرصد أصداء الضوء الصادر عن الثقوب السوداء باستخدام تنافر الجاذبية مما يسمح بقياس كتلتها ودورانها.
طورت مجموعة من علماء الفيزياء الفلكية بقيادة باحثين من معهد الدراسات المتقدمة في نيوجيرسي، تقنية جديدة لرصد أصداء الضوء حول الثقوب السوداء. وتتيح هذه الطريقة طريقة مبتكرة لقياس كتلة الثقوب السوداء ودورانها، وتعد إنجازا مهما لأنها تعمل بشكل مستقل عن تقنيات القياس السابقة.
ويقدم البحث نهجًا يمكنه التقاط الفوتونات التي تدور حول الثقوب السوداء بشكل مباشر من خلال ظاهرة تسمى "تشابك الجاذبية"، والتي تحدث عندما يمر الضوء بالقرب من الثقب الأسود ويشوهه مجال جاذبيته القوي. يؤدي هذا الانحناء إلى انتقال الضوء في عدة مسارات من نفس المصدر إلى مراقب على الأرض. ستسافر بعض أشعة الضوء مباشرة، لكن البعض الآخر سوف يدور حول الثقب الأسود مرة أو أكثر قبل أن يصل إلينا. ونتيجة لذلك، يمكن للضوء من نفس المصدر أن يصل في أوقات مختلفة، مما يخلق ما يعرف باسم "الصدى".
يقول المؤلف الرئيسي للدراسة جورج ن. وونغ برينستون. "تقدم طريقتنا خطة لإجراء هذه القياسات، والتي قد تحدث ثورة في فهمنا لفيزياء الثقوب السوداء."
تتيح هذه التقنية عزل بصمات الصدى الضعيفة عن الضوء المباشر الأقوى الذي تلتقطه التلسكوبات التداخلية الشهيرة مثل تلسكوب أفق الحدث. عمل وونج وأحد المؤلفين المشاركين، ليا ميديروس، بشكل مكثف كجزء من تعاون Event Horizon Telescope.
ولاختبار أسلوبهم، أجرى وونغ وميديروس وزملاؤهم عمليات محاكاة عالية الدقة التقطت عشرات الآلاف من الصور للضوء يتحرك حول ثقب أسود هائل مماثل لتلك الموجودة في مركز المجرة M87 (M87*)، حوالي 55 مليون صورة. سنة ضوئية من الأرض. وباستخدام عمليات المحاكاة هذه، أظهر الفريق أن طريقتهم كانت قادرة على استنتاج وقت تأخير الصدى في بيانات المحاكاة. ويعتقدون أن أسلوبهم قابل للتطبيق على الثقوب السوداء الأخرى بالإضافة إلى M87*.
يوضح ميديروس: "لن تتيح هذه الطريقة التحقق من وقت قياس الضوء المحيط بالثقب الأسود فحسب، بل ستوفر أيضًا أداة جديدة لقياس الخصائص الأساسية للثقب الأسود".
من المهم أن نفهم هذه الميزات. يقول وونغ: "تلعب الثقوب السوداء دورًا مهمًا في تشكيل تطور الكون". "نحن نركز في كثير من الأحيان على كيفية جذب الثقوب السوداء للأشياء، ولكنها أيضًا تبعث كميات كبيرة من الطاقة إلى محيطها. إنها تلعب دورًا مهمًا في تطور المجرات، وتؤثر على طريقة وتوقيت وموقع تكوين النجوم وتساعد في تحديد كيف تطورت بنية المجرة نفسها. إن معرفة توزيع كتل ودوران الثقوب السوداء وكيف تغير التوزيع بمرور الوقت يحسن فهمه للكون بشكل كبير."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
