لتسريع الجسيمات بسرعة قريبة من الضوء ، تحتاج إلى مصدر قوي للطاقة. في الفضاء ، يمكن للنجوم تسريع الجسيمات إلى طاقات عالية إلى حد ما ، ويمكن أن تخلق انفجارات السوبرنوفا ومضات أقوى. تعتبر الثقوب السوداء الفائقة الكتلة الموجودة في مراكز أكبر المجرات أقوى المصادر الدائمة للجسيمات عالية الطاقة. لكن القارئ ، بالنظر إلى الهياكل على أوسع نطاق من الأكوان ، لم يستطع فهم شيء ما:
لقد أحببت حقًا الفيديو من محاكاة الرسوم التوضيحية [محاكاة كونية للكمبيوتر لتكوين المجرات] ، لدرجة أنني حفرت وصفه. وقد فوجئ: "ما يبدو أنه انفجارات يأتي في الواقع من الثقوب السوداء الهائلة التي ترسل تيارات من المواد إلى الفضاء بين المجرات ، بينما تقطع فقاعات ضخمة." هذا غير مفهوم بالنسبة لي ، لأنني اعتقدت أن هذه التيارات من المواد تطير في اتجاه محور واحد ، ولا ترسم مجالات.
إذا لم يره أحد منكم ، فإليك محاكاة من مشروع Illustris ، تظهر تطور الهياكل واسعة النطاق ، والمادة المظلمة ، والغاز والمادة العادية ، من المراحل الأولى لتطور الكون حتى يومنا هذا.
في الفيديو ، من حوالي 1:08 ، وخاصة من 1:25 ، عندما تظهر المادة المظلمة بجوار الغاز ، تكون الانفجارات ملحوظة في أكبر عقد الهيكل الواسع للكون. يمكن الخلط بينها وبين انفجارات السوبرنوفا ، ولكن في الواقع هذه الانفجارات تحدث كثيرًا - عدة عشرات الآلاف من المرات لكل إطار من المحاكاة. لا يمكننا حتى رؤية المادة المظلمة ، لكن المحاكاة توضحها لمساعدتنا على فهم الظاهرة التي تمارس تفاعل الجاذبية. وإذا كنت مهتمًا بكيفية اختلاف تأثيرات الجاذبية عن تكوين الهياكل وتأثيرات المادة الطبيعية - التي تكون في الغالب في شكل غاز - يمكن للمحاكاة أن تثبت ذلك.
في حين أن المادة المظلمة تشكل هذه التركيبات الخيطية البسيطة ، التي يتم التحكم فيها فقط من خلال الجاذبية والتوسع في الكون ، فإن فيزياء المادة الطبيعية - غاز من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات - أكثر تعقيدًا بكثير. لا يتجمع الغاز في كتل فقط ، مما يسمح له بتشكيل النجوم والمجرات وعناقيد المجرات ، بل هو حساس أيضًا لمجموعة كاملة من القوى الكهرومغناطيسية. وهذا يعني أنه في المقاييس الصغيرة ، يتم تجزئته أقوى من المادة المظلمة ، وعلى المقاييس الكبيرة بين المجرات وبين الميكروسكوبية ، فإنه يتشتت أكثر ، حيث أن الغاز (والغاز المتأين في شكل بلازما) يمكن أن يتسارع إلى سرعات هائلة.
يُظهر الفيديو المكون من أربع لوحات النجوم والضوء المرئي الذي يجب أن يولد في مساحة 33 مليون سنة ضوئية في اللوحة اليسرى العلوية ، وكثافة الغاز في الجزء العلوي الأيمن ، والأهم من ذلك ، درجة حرارة الغاز في اللوحة السفلية اليسرى. انتبه إلى كيفية ارتفاع درجة حرارة الغاز في أماكن نفس الانفجارات الكروية ، والتي تظهر بشكل أساسي بسبب الثقوب السوداء الهائلة. هناك آليات مهمة أخرى لتسخين الغاز والتغذية المرتدة ، ولكن هذه الميزات تحدث على وجه التحديد بسبب انفجارات الثقوب السوداء الهائلة ، التي تستمر من ملايين إلى مئات الملايين من السنين.
Galaxy Centauri A ، تركيبة من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة السينيةلكني أفهم لماذا تتوقع أن يأخذ هذا الاحترار شكل تدفقات مجمعة ، لأن هذا هو بالضبط ما نلاحظه ، على سبيل المثال ، بالنظر إلى الثقوب السوداء الهائلة في قلب مجرة Centaurus A ، أو في المجرة الإهليلجية العملاقة Messier 87 ، أدناه.
Galaxy M87 والتدفق المتناغم للغاية لـ 5000 سنة ضوئيةلذا ، إذا تم تسريع المادة في هذه التدفقات بواسطة هذه الحزم الخطية عالية التركيز ، فلماذا يتم تسخين الغاز وتوسيعه بطريقة كروية واضحة؟ للإجابة على هذا السؤال ، سأطلب منك التفكير في شيء لا تتذكره عادةً: أن الكون الذي نراه لا يتطابق مع العالم الحقيقي. على سبيل المثال ، إليك صورة للمجرة نفسها ، M87 ، وطائرتها ، مرئية في نطاق الأشعة السينية بواسطة تلسكوب شاندرا (الأزرق) وفي موجات الراديو بواسطة تلسكوب VLT (أحمر) ، بدلاً من الصورة التي تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب هابل في النطاقات المرئية والأشعة فوق البنفسجية.
وهذه ليست طائرات ، أليس كذلك؟ إنها ليست كروية ، لكنها بالتأكيد لا تمتد إلى خط. هناك سببان لذلك:
1. تجتذب المجرات الكبيرة وجميع الهياكل واسعة النطاق الغاز والمواد العادية باستمرار ، ومعظمها يمر بهدوء عبر هذه الطائرة.
2. حتى لو لم تتحرك المجرة ، فإن الغاز في ضواحيها يدور ويحدث حركات غير عادية ، مما يؤدي إلى توزيعها المنتظم.
حتى مجرتنا درب التبانة ، بفتحتها السوداء الهادئة والصغيرة للغاية ، تظهر بتلات ضخمة من الإشعاع عالي الطاقة تم اكتشافه بواسطة تلسكوب فيرمي.
إن البحث النشط ، الذي يدرس إشعاع عدد كبير من المصادر ، قد وصل إلى حد بعيد ليس فقط بفضل استخدام المحاكاة الرقمية ، بما في ذلك مشروع Illustris ، ولكن أيضًا في السنوات التي سبقت ظهورها. في تلك الانفجارات المتفجرة في محاكاة الرسوم التوضيحية ، أنت لا تلاحظ الضوء المرئي ، ولكن درجة حرارة الغاز ، وما يحدث يرجع إلى استجابة الثقوب السوداء. يجب أن يكون هذا بمثابة تذكير بأنه عندما ننظر إلى الكون ، من خلال المراصد ومن خلال المحاكاة ، تحدث أحداث أكثر بكثير مما هو ملحوظ بسبب ضوء النجوم التي تصل إلى أعيننا.
على الرغم من أن الضوء المرئي لا يمكن أن ينبعث إلا من خلال قسم ضيق من النفاثة ، فإن الحركة المحددة للغاز المحيط به ، إلى جانب أبسط التأثيرات الفيزيائية لنقل الحرارة ، تفعل كل شيء بحيث يتم توزيع غاز الطاقة في جميع أنحاء الفضاء ، وليس فقط على طول خطوط مستقيمة. من المهم أن تتذكر أن الانفجارات التي تراها ليست ضوءًا أو مادة مرئية ؛ هذه توضيحات لدرجة حرارة الغاز ، وهذه الانفجارات هي التي تحدث حول الثقوب السوداء النشطة!