اكتشف الباحثون أن الثقوب السوداء قادرة على ضخ وإطلاق كميات هائلة من الطاقة عبر المجالات المغناطيسية وأقراص التراكم المغناطيسية، وهو ما قد يغير فهمنا لتكوين المجرات وتطور الكون.
اكتشاف قوة الثقوب السوداء
لقد أثارت الثقوب السوداء فضول العلماء منذ فترة طويلة - ليس فقط باعتبارها مكانس كهربائية كونية ولكن أيضًا كمحركات طاقة قوية يمكنها ضخ وإعادة توزيع كميات هائلة من الطاقة. غالبًا ما تكون هذه العمالقة الغامضة محاطة بأقراص دوامية من الغاز والغبار، والتي تسمى أقراص التراكم. عندما تصبح هذه الأقراص مغناطيسية بقوة، يمكنها أن تعمل كمحطات طاقة مجرية، وتستمد الطاقة من دوران الثقب الأسود من خلال عملية تسمى تأثير بلانفورد-زينيك (BZ).
ويعتقد الباحثون أن تأثير BZ هو الآلية الرئيسية التي تحرك استخراج الطاقة، لكن العديد من الأسئلة لا تزال قائمة. لا يزال من غير الواضح ما الذي يحدد مقدار الطاقة التي يتم توجيهها إلى النفاثات القوية - تيارات من الجسيمات والإشعاع المنبعثة من أقطاب الثقب الأسود - أو التي يتم فقدانها بدلاً من ذلك على شكل حرارة.
محاكاة متقدمة لفك رموز فيزياء الثقوب السوداء
وللتحقق من هذه الألغاز، لجأ الباحثون في معهد جيلا براسون دانج، وميتش بيجل مان، وجيسون ديكستر، إلى محاكاة حاسوبية متقدمة. ومن خلال إنشاء نموذج للثقوب السوداء ذات أقراص تراكمية رقيقة شديدة المغناطيسية، أراد الباحثون اكتشاف الفيزياء التي تقوم عليها هذه الأنظمة القوية.
وتقدم النتائج التي نشرت في مجلة The Astrophysical Journal في 14 فبراير/شباط رؤى مهمة حول ديناميكيات الثقوب السوداء وقد تعيد تشكيل فهمنا لتأثيرها على تشكل المجرات.
"من المعروف منذ فترة طويلة أن الغازات التي تسقط في الثقب الأسود يمكن أن تستمد الطاقة منه"، يضيف دكستر. عادةً ما نفترض أن هذا مهمٌّ لدفع الطائرات النفاثة. باستخدام حساباتٍ أكثر دقة، أظهر فراسون أن هناك طاقةً مُمتصةً أكبر بكثير مما كان معروفًا سابقًا. قد تُشعّ هذه الطاقة على شكل ضوء، أو قد تُسبّب تدفق الغاز للخارج. في كلتا الحالتين، قد تكون طاقة الدوران المُمتصة مصدرًا مهمًا للطاقة لإضاءة المناطق القريبة من أفق حدث الثقب الأسود.
مقارنة الثقوب السوداء
على مدى عقود من الزمن، كان العلماء يدرسون الثقوب السوداء وتفاعلاتها مع الغازات والمجالات المغناطيسية المحيطة بها لفهم كيفية تحركها لبعض الظواهر الأكثر نشاطًا في الكون. ركزت الأبحاث المبكرة في المقام الأول على المصادر التي تمثل ثقوبًا سوداء ذات لمعان منخفض وتدفقات امتصاص شبه كروية لأن هذه الأنظمة من السهل نسبيًا نمذجتها وتناسب العديد من النفاثات المرصودة.
لكن الثقوب السوداء ذات السطوع العالي والأقراص المغناطيسية الرقيقة والأكثر كثافة تشكل تحديًا فريدًا من نوعه. تعتبر هذه الأنظمة غير مستقرة نظريًا بسبب اختلال التوازن بين التدفئة والتبريد.
لكن الدراسات السابقة، بما في ذلك تلك التي أجراها ميتش بيجل مان، تشير إلى أن المجالات المغناطيسية القوية قد تعمل على استقرار هذه الأقراص الرقيقة، ولكن دورها في استخراج الطاقة وتوليد النفاثات يظل غير واضح في ظل هذه الظروف.
"أردنا أن نفهم كيف تعمل عملية ضخ الطاقة في هذه البيئات شديدة المغناطيسية"، كما يوضح دانج.
محاكاة التدفقات المغناطيسية حول الثقوب السوداء
استخدم الفريق محاكاة حاسوبية متقدمة للتحقيق في هذه الظاهرة، وتحديدًا نوعًا من النماذج يسمى GRMHD. يعمل نموذج GRMHD كإطار حسابي يحاكي سلوك البلازما الممغنطة في الزمكان المنحني حول الثقب الأسود، ويجمع بين فيزياء المجالات المغناطيسية وديناميكيات السوائل ونظرية النسبية العامة لأينشتاين لالتقاط التفاعلات المعقدة في هذه البيئات المتطرفة. وباستخدام الإطار، لاحظ الباحثون تفاعلات المجالات المغناطيسية مع الثقوب السوداء التي تدور بسرعات مختلفة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
הנושא מעניין. אבל , מה זה יכול לעזור לאנושות? האדם לעולם לא יוכל להשפיע . עדיף להשקיע את הכסף במחקרים שיביאו תועלת.
قبل أشهر، كتبت ردًا على مقال عن الثقوب السوداء هنا على الموقع حول الطاقة الناتجة عن إسقاط كوب على الأرض مقابل إطلاقه في ثقب أسود.
على أية حال، إذا سألنا اليوم ما هو أصل كل الكواكب والحياة؟ هل هذا هو إله التكوين أم ثقب أسود؟ أنا مقتنع تمامًا أن الإجابة الثانية هي في الاتجاه الصحيح.