تشير تقنية “خريطة الصدى” الجديدة إلى أن الثقوب السوداء الهائلة قد تكون محاطة بمجموعات من المادة المظلمة

استخدم علماء الفلك تقنية تسمى رسم خرائط الصدى للكشف عن تلميحات تشير إلى أن الثقوب السوداء الهائلة، مثل العملاق الكوني الموجود في قلب مجرة ​​درب التبانة، والمعروف باسم القوس A* (Sgr A*)، محاطة بسحب كثيفة ومجموعات من المادة المظلمة. يمكن أن يعلمنا البحث المزيد عن هذه المادة الغامضة والبيئات المحيطة بالثقوب السوداء الهائلة.

المادة المظلمة هو أكثر الأشياء غموضًا في الكون، فهو يفوق وزن المادة العادية في الكون بنسبة خمسة إلى واحد، لكنه يظل غير مرئي فعليًا لأنه لا يتفاعل مع المادة. الإشعاع الكهرومغناطيسيبما في ذلك الضوء الذي نستخدمه لنرى. الطريقة الوحيدة التي يمكن للعلماء من خلالها استنتاج وجود المادة المظلمة هي من خلال تفاعلها معها جاذبية، وتأثير هذا التفاعل على الأجسام المصنوعة من مادة تقليدية مثل النجوم. على سبيل المثال، يسمح تأثير الجاذبية للمادة المظلمة للنجوم الموجودة على حواف المجرات بالتحرك بسرعات أكبر بكثير دون أن تطير بشكل حر مقارنة بالمادة المرئية لتلك المجرات. المجرات سيسمح.

قرر هذا الفريق اختبار تأثير جاذبية المادة المظلمة في قلب المجرات، وهي البيئات التي تهيمن عليها الثقوب السوداء الهائلة التي يمكن أن تكون كتلتها ملايين أو حتى مليارات المرات من كتلة الشمس. مسألة عادية حول هذه الثقوب السوداء الهائلة غالبًا ما يكون مرئيًا جدًا، خاصة عندما يتصاعد إلى فم أحد هؤلاء العمالقة الكونيين من سحابة مسطحة تسمى القرص التراكمي. وذلك لأن تأثير الجاذبية لتلك الثقوب السوداء يولد كميات هائلة من الاحتكاك، مما يجعلها تنمو بشكل مشرق. وهذا لن ينجح مع المادة المظلمة؛ فهي لا تشعر بالاحتكاك لأنها لا تتفاعل مع نفسها أو مع المادة العادية، ولا يمكنها أن تتوهج لأنها لا تمتص الضوء أو تبعثه.

من الواضح أنه لا يمكن رصد المادة المظلمة حول الثقوب السوداء الهائلة حتى باستخدام التلسكوبات الأكثر تقدمًا مثل تلسكوب أفق الحدث (EHT)، الذي التقط حلقات متوهجة من المواد حول Sgr A* وحول ثقب أسود فائق الكتلة بعيد يحكم قلب المجرة ميسي 87 (M87).

أثناء مناقشة مشكلة اكتشاف المادة المظلمة حول الثقوب السوداء الهائلة، توصل مايانك شارما، وهو طالب دراسات عليا في الفيزياء في معهد فيرجينيا بوليتكنيك وجامعة الولاية (فيرجينيا تك)، إلى حل مثير للاهتمام.

“يمكننا في الواقع اختبار هذا التوقع باستخدام تقنية في علم الفلك، والتي تسمح لك بقياس المسافة إلى الغاز المحيط من خلال البحث عن أصداء الضوء” شارما. قال في بيان. التقنية التي يشير إليها شارما هي “رسم الخرائط الصدى”، وقد أصبحت طريقة موثوقة لتحديد كتلة الثقوب السوداء.

أصداء المادة المظلمة

يعتمد رسم خرائط الارتداد على حقيقة أنه عندما تسقط المادة في الثقب الأسود، فإنها تطلق موجة من الطاقة تؤدي إلى نبض القرص التراكمي الذي تأتي منه. ينتقل نبض الضوء هذا من قرص التراكم إلى الغاز في البيئة الأوسع للثقب الأسود. يمتص هذا الغاز هذا الضوء وينبض أيضًا، وتكون هذه النبضة الثانوية بمثابة صدى للنبضة الأولى.

لأننا نعرف سرعة الضوءفعندما يرى علماء الفلك النبضة الأولى من الضوء ثم صدىها، يمكنهم استخدام الوقت بين النبضات لتقدير المسافة بين الثقب الأسود والغاز الموجود على أطراف بيئته. يمكن استخدام حجم الثقب الأسود والمسافة بينه وبين سحب الغاز الخارجية لتحديد كتلته، كما يمكن استخدامه أيضًا لتحديد كتلة المادة المظلمة المتجمعة حوله.

وطبق الفريق طريقتهم على 14 مجرة ​​مختلفة، ووجدوا في خمس حالات أن الكتلة تزداد عند الابتعاد عن الثقب الأسود المركزي بطريقة لا يمكن تفسيرها بالمادة المرئية وحدها. على الرغم من النجاح المبكر لهذا البحث، إلا أنه لا يثبت أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة هي بالفعل أماكن تجمع للمادة المظلمة. تشير النتائج التي توصل إليها الفريق إلى طريقة مثيرة للاهتمام للمضي قدمًا في التحقيق في المادة الأكثر غموضًا في الكون ومناطقه الأكثر غموضًا.

وقال شارما: “تظهر هذه المجرات بالتأكيد تلميحًا إلى وجود مواد إضافية لا يمكن تفسيرها بمجرد الثقب الأسود الهائل”. “الآفاق مثيرة.”

ونُشر بحث الفريق في المجلة المراجعة البدنية د.