علماء يكتشفون آلية طاقة مخفية في ثقب أسود M87
أشاوس فيزيائيون في جامعة غوته فرانكفورت قد محاكوا كيف يعمل الثقب الأسود الفائق الكتلة M87* على دفع نفاثة جسيماته الضخمة باستخدام كود رقمي جديد. تكشف نتائجهم أن إعادة الاتصال المغناطيسي، إلى جانب آلية بلاندفورد-زناجيك التقليدية، يستخرج طاقة الدوران من الثقب الأسود. هذا الاكتشاف يفسر النفاثات الهائلة التي تؤثر على تطور المجرات.
الثقب الأسود الفائق الكتلة M87*، الموجود في مركز مجرة M87، له كتلة ستة ونصف مليار كتلة شمسية ويدار بسرعة كبيرة حول محوره. يعمل على نفاثة جسيمات تُقذف بسرعة تقارب سرعة الضوء، تمتد 5000 سنة ضوئية. مثل هذه النفاثات تنشر الطاقة والمادة عبر الكون وتشكل المجرات.
فريق بقيادة البروفيسور لوتشيانو ريزولا في جامعة غوته فرانكفورت طور كود فرانكفورت للجسيمات في الخلية لفضاءات الزمن للثقوب السوداء (FPIC). يحاكي هذا الكود تحويل الطاقة الدورانية إلى نفاثات جسيمات بدقة عالية. تظهر المحاكيات أن، بالإضافة إلى آلية بلاندفورد-زناجيك —التي تستخرج الطاقة عبر حقول مغناطيسية قوية— إعادة الاتصال المغناطيسي يلعب دورًا رئيسيًا. في هذه العملية، تنكسر خطوط الحقل المغناطيسي وتعاد ترتيبها، محولة الطاقة المغناطيسية إلى حرارة وإشعاع وانفجارات بلازما.
حاكى كود FPIC تطور الجسيمات المشحونة والحقول الكهرومغناطيسية تحت جاذبية الثقب الأسود، محلاً معادلات ماكسويل ومعادلات الحركة للإلكترونات والپوزيترونات وفقًا للنسبية العامة لأينشتاين. تطلب هذه الحسابات ملايين ساعات وحدة المعالجة المركزية على حواسيب فائقة "غوته" في فرانكفورت و"هاوك" في شتوتغارت.
في مستوى الاستواء للثقب الأسود، كشفت المحاكيات نشاطًا شديدًا لإعادة الاتصال يشكل سلاسل من البلازمويدات —فقاعات بلازما طاقية— تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء. هذا يولد جسيمات ذات طاقة سلبية، مدفعًا النفاثات والانفجارات.
قال الدكتور كلاوديو ميرينغولو، المطور الرئيسي للكود: "محاكاة مثل هذه العمليات أمر حاسم لفهم الديناميكيات المعقدة للبلازما النسبية في فضاءات زمنية منحنية بالقرب من الأجسام المضغوطة، والتي تحكمها التفاعلات بين الحقول الجاذبية والمغناطيسية المتطرفة."
أضاف الدكتور فيليبو كاميليوني: "تفتح نتائجنا إمكانية مثيرة للاهتمام بأن آلية بلاندفورد-زناجيك ليست العملية الفيزيائية الفلكية الوحيدة القادرة على استخراج الطاقة الدورانية من ثقب أسود، بل إن إعادة الاتصال المغناطيسي يساهم أيضًا."
شرح البروفيسور ريزولا: "مع عملنا، يمكننا إثبات كيفية استخراج الطاقة بكفاءة من الثقوب السوداء الدوارة وتوجيهها إلى النفاثات. هذا يسمح لنا بمساعدة تفسير الإضاءات المتطرفة لنوى المجرات النشطة بالإضافة إلى تسريع الجسيمات إلى سرعة تقارب سرعة الضوء."
تبني البحث على ملاحظات تاريخية: في عام 1781، وصف تشارلز ميسييه M87 كـ"سديم بدون نجوم"، واكتشف نفاثتها في عام 1918. تُنشر النتائج في The Astrophysical Journal Letters (2025؛ 992 (1): L8).