كيفية اغلاق الكوازار

المجرات النشطة هي بعض من ألمع الأجسام في الكون. ترسل هذه المجرات دفعات هائلة من المادة بسرعة قريبة من سرعة الضوء ، وكلها مدعومة بالمادة التي تسقط في الثقب الأسود الهائل في المركز. في حين يبدو أن جميع المجرات تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة ، إلا أنها ليست جميعها نشطة – فمجرتنا ، درب التبانة ، بها ثقب أسود هادئ في قلبها. وذلك ما يجعل الفرق؟ لماذا تنشط بعض المجرات وثقوبها السوداء بينما يجلس البعض الآخر بهدوء؟

من الواضح أن أخذ مجرة ​​عادية وتحويلها إلى مجرة ​​نشطة ليس أمرًا بسيطًا مثل الضغط على مفتاح الضوء. اقترحت النمذجة أن تنشيط الثقب الأسود المركزي للمجرة (وبالتالي المجرة ككل) يمكن أن يكون جزءًا من عملية بناء المجرة، والذي يحدث من خلال اندماج المجرات الأصغر من خلال الاصطدامات. يمكن لهذه الاصطدامات أن ترسل غازًا يتدفق داخل المجرة ، مما يخلق كثافات عالية بما يكفي في اللب لتنشيط الثقب الأسود. الآن ، تقترح دراسة أخرى أن هذه الاصطدامات يمكن أن تغلق الثقب الأسود مرة أخرى أيضًا – كل هذا يتوقف على تفاصيل الهندسة.

دونات بالقرب من الحفرة

لفهم كيفية عمل ذلك ، عليك أن تفهم البيئة القريبة من الثقب الأسود. في حين يتم إيلاء قدر كبير من الاهتمام لجاذبية الانحناء للواقع عند أفق حدث الثقب الأسود ، فإن كل شيء يؤثر في الواقع على الكون المحيط يقع على مسافة قليلة من هذا الموقع. هناك ، تنظم جاذبية الثقب الأسود أي مادة متداخلة في قرص مسطح يغذي المادة في الثقب الأسود يسمى قرص التراكم ، مع وجود الثقب الأسود في مركزه. علاوة على ذلك ، تتغذى سحابة غازية على شكل كعكة دائرية أكثر انتشارًا في هذا القرص.

هذه المنظمة ضرورية لتغذية الثقب الأسود بالمادة بكفاءة. ينتج عن الاصطدامات داخل المادة المتساقطة إشعاع من شأنه أن يدفع كل المواد بعيدًا. وهذه التغذية الفعالة هي التي يُعتقد أنها ضرورية لتشغيل الطائرات التي تخلق مجرات نشطة.

إلى حد ما ، كل هذا تنظيم ذاتي. دفع كمية كافية من الغاز نحو مركز المجرة ، وسوف تشكل في نهاية المطاف دونات (أكثر من الناحية الفنية حلقيًا) وتبدأ في تغذية غاز الثقب الأسود. وقد أظهرت النماذج السابقة أن اصطدامات المجرات قادرة على القيام بذلك. تحتوي جميع المجرات على سحب من الغازات بكثافات مختلفة منتشرة حول أقراصها. الاضطرابات التي يسببها الاصطدام لديها القدرة على إعادة ترتيب هذه السحب ، وإرسال بعضها بالقرب من قلب المجرة ، حيث يمكن التقاط المادة بواسطة جاذبية الثقب الأسود.

ومع ذلك ، فإن هذا لا يحدث في كل حالة ، وقد أثار اهتمام مجموعة من الباحثين اليابانيين – يوهي ميكي وماساو موري وتوشيهيرو كاواجوتشي – عددًا من الحالات التي ظهرت فيها علامات تصادمات حديثة في المجرات التي لم تكن نشطة. في الواقع ، كان لبعض هذه المؤشرات مؤشرات على أن الثقب الأسود قد هدأ مؤخرًا نسبيًا ، مما يشير إلى أن الاصطدام والإغلاق قد يكونان مرتبطين.

أقرب جارتنا الكبيرة ، مجرة ​​أندروميدا M31 ، غير نشطة ، ولديها أيضًا ميزة تسمى التيار الجنوبي العملاق الذي يبدو أنه بقايا مجرة ​​صغيرة اصطدمت بها. نظرًا لأننا نفهم تفاصيل أندروميدا بشكل أفضل نظرًا لقربها ونمذجة هذا الاصطدام ببعض التفاصيل ، قرر الباحثون النظر في التأثير الذي قد يكون له على الثقب الأسود المركزي.

وجها لوجه عند الاصطدام

أظهرت النمذجة أنه إذا دخلت المجرة القزمة إلى مركز أندروميدا ، فإن لديها القدرة على تعطيل كعكة الغاز التي تغذي الثقب الأسود. يعتمد ما إذا كان الأمر كذلك أم لا على الكثافة النسبية للغاز في المجرة والغاز في الدونات. طالما كانت الكثافة أعلى في المجرة القادمة ، يجب أن يتم تعطيل الطارة. في الأساس ، سينقل الغاز الوارد غير المنظم بعضًا من زخمه إلى الغاز الذي يدور حول الثقب الأسود ، مما يؤدي إلى إبعاده. والنتيجة هي فوضى فوضوية غير قادرة على تغذية الثقب الأسود بكفاءة.

لاحظ الباحثون أنه في حين أن كثافة الغاز وحدها كافية لخنق الثقب الأسود ، فإن الهندسة يمكن أن تكون مهمة أيضًا. إذا اصطدمت المجرة القادمة بالحافة ، فسيمر عرضها بالكامل عبر منطقة الثقب الأسود المركزي في أندروميدا ، مما يوفر قوة أكثر تخريبًا. في المقابل ، إذا كانت كثافة الغاز في قلب المجرة عالية بما فيه الكفاية ، فلن تتمكن المجرة القادمة من تعطيلها.

كل هذا يحدث بسرعة ، على الأقل من منظور المجرات ، ويستغرق حوالي مليون سنة لإسكات الثقب الأسود النشط.

بعد تجاوز الظروف المحددة في أندروميدا ، استخدم المؤلفون متوسطات عدد المجرات الصغيرة بالقرب من المجرات الكبيرة والتكرار الظاهري للتصادمات لحساب عدد مرات حدوث أحد هذه الاصطدامات. ويقدرون أن مجرة ​​نموذجية يجب أن تحدث كل مائة مليون سنة تقريبًا في المتوسط. هذا مجرد متوسط. يمكن لبعض المجرات النشطة أن تطول وقتًا أطول قبل حدوث الاصطدام بالتكوين الصحيح.

قد يكون للنماذج أيضًا صلة بالأحداث القريبة من المنزل. مثل أندروميدا ، الثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة هادئ في الوقت الحالي. ويشير المؤلفون إلى أن تلسكوبًا فضائيًا يسمى Gaia وجد مؤخرًا دليلًا على حدوث تصادم بين مجرة ​​صغيرة واللب المركزي لمجرة درب التبانة (وهو تصادم أدى إلى تكوين بنية غير محتملة تسمى “Gaia-Enceladus-Sausage“). لذلك ، من الممكن أن يكون هذا الحدث قد أدى إلى إغلاق الثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة.

علم الفلك الطبيعي، 2021. DOI: 10.1038 / s41550-020-01286-9 (حول DOIs).