اتخذ الباحثون خطوة كبيرة نحو فهم كيفية تأثير الثقوب السوداء على الكون من خلال قياس قوة شُعاعها مباشرة، وهي مهمة تبدو سهلة كقياس إعصار بمسطرة. باستخدام شبكة من التلسكوبات الراديوية المنتشرة حول العالم، التقط فريق بقيادة جامعة كيرتين صورًا مفصلة تكشف مدى نشاط هذه الشُعاع، مؤكدين نظريات قديمة بأن الثقوب السوداء هي المتفوقون النهائيون للكون.

ركزت الدراسة، المنشورة في Nature Astronomy، على Cygnus X-1، نظام معروف يتضمن أول ثقب أسود مؤكد ونجمًا عملاقًا ضخمًا. حدد العلماء أن الشُعاع المنبعثة من هذا الثقب الأسود تحمل طاقة تعادل حوالي 10,000 شمس، وهذا عدد كبير من الشموس.

لإجراء هذا القياس، اعتمد الفريق على مجموعة من التلسكوبات المتباعدة تعمل معًا كواحد. سمح هذا الإعداد لهم بمشاهدة كيف تم دفع الشُعاع وتشويهها بواسطة رياح قادمة من النجم القريب بينما كان الثقب الأسود يسير في مداره. التأثير مشابه لكيفية انحناء تيار الماء من نافورة بواسطة رياح قوية على الأرض، لو كانت تلك النافورة تعمل بغضب مركز من 10,000 نجم.

من خلال حساب قوة رياح النجم وتتبع مدى انحراف الشُعاع، تمكن الباحثون من تحديد قوة الشُعاع في لحظة محددة. هذه هي المرة الأولى التي يقيس فيها العلماء طاقة الشُعاع الثقب الأسود مباشرة بدلاً من الاعتماد على المتوسطات طويلة الأجل، وهو أشبه بقياس صاعقة برق بدلاً من متوسط هطول الأمطار السنوي.

قاس الفريق أيضًا سرعة الشُعاع، ووجدوا أنها تسافر بنصف سرعة الضوء تقريبًا، أو حوالي 150,000 كيلومتر في الثانية. كان تحديد هذه السرعة تحديًا للعلماء لسنوات عديدة، ويفترض أن أجهزة الرادار الخاصة بهم استمرت في الذوبان.

قاد المشروع معهد كيرتين لعلم الفلك الراديوي (CIRA) وعقدة كيرتين في المركز الدولي لأبحاث علم الفلك الراديوي (ICRAR)، بمساهمات من جامعة أكسفورد.

شرح المؤلف الرئيسي الدكتور ستيف برابو، الذي عمل في CIRA خلال الدراسة وهو الآن في جامعة أكسفورد، أن الفريق استخدم سلسلة من الصور لتتبع ما وصفه بـ"الشُعاع الراقصة". يشير هذا المصطلح إلى الطريقة التي تغير بها الشُعاع اتجاهها بشكل متكرر بينما تدفعها رياح النجم العملاق القوية بينما يدور كلا الجسمين حول بعضهما البعض، مخلقين رقصة الفالس الأكثر تدميرًا في الكون.

قال الدكتور برابو إن هذه الملاحظات تكشف عن مقدار الطاقة المتولدة بالقرب من ثقب أسود التي تنتقل إلى محيطها، مؤثرة على البيئة حوله. "نتيجة رئيسية من هذا البحث هي أن حوالي 10٪ من الطاقة المنطلقة عندما تسقط المادة نحو الثقب الأسود تُحمل بعيدًا بواسطة الشُعاع،" قال الدكتور برابو. "هذا ما يفترضه العلماء عادةً في النماذج المحاكاة واسعة النطاق للكون، لكن كان من الصعب تأكيده بالملاحظة حتى الآن،" أضاف، مؤكدًا أن المحاكاة تكون في الواقع صحيحة أحيانًا.

لاحظ المؤلف المشارك البروفيسور جيمس ميلر-جونز، من CIRA وعقدة كيرتين في ICRAR، أن التقنيات السابقة يمكنها فقط تقدير قوة الشُعاع على فترات طويلة جدًا، تمتد أحيانًا لآلاف أو ملايين السنين. جعل هذا من الصعب مقارنة طاقة الشُعاع مباشرة مع انبعاثات الأشعة السينية الناتجة عندما تسقط المادة في ثقب أسود، وهي حالة كلاسيكية من إزعاج القياس على نطاق كوني.

"ولأن نظرياتنا تشير إلى أن الفيزياء حول الثقوب السوداء متشابهة جدًا، يمكننا الآن استخدام هذا القياس لترسيخ فهمنا للشُعاع، سواء كانت من ثقوب سوداء كتلتها 10 أو 10 ملايين مرة كتلة الشمس،" قال البروفيسور ميلر-جونز، مقترحًا قابلية توسيع رائعة للتدمير.

"مع مشاريع التلسكوب الراديوي مثل مرصد Square Kilometre Array قيد الإنشاء حاليًا في غرب أستراليا وجنوب إفريقيا، نتوقع اكتشاف شُعاع من الثقوب السوداء في ملايين المجرات البعيدة، وستساعد نقطة الترسيخ التي يوفرها هذا القياس الجديد في معايرة إنتاجها الكلي للطاقة،" تابع، موضحًا خطة لتصنيف مجففات الشعر الأقوى في الكون.

"توفر شُعاع الثقب الأسود مصدرًا مهمًا للتغذية الراجعة للبيئة المحيطة وهي حاسمة لفهم تطور المجرات،" ختم، مذكرًا إيانا بأن حتى الفراغات الكونية تحتاج إلى التعبير عن نفسها.

شمل المتعاونون الآخرون في البحث جامعة برشلونة، وجامعة ويسكونسن-ماديسون، وجامعة ليثبريدج ومعهد علوم الفضاء.