نفاث نسبي

الأرجوحة التي تتأرجح على تلة ذات أسنان تتصرف بشكل غريب: بدون نبضات، تعلق في أول حفرة، ومع الضربات الإيقاعية قد تتحرك صعودًا أو هبوطًا أو تتجمد. هذا بالضبط ما رآه الفيزيائيون عندما وضعوا غبارة واحدة في مصيدة ذات قاع سنّي وبدأوا بدفعها بالتناوب بأشعة ليزر. غبارة بحجم 13 ميكرومترًا، مع نبضات خفيفة، تسارعت إلى 0.95 مم/ثانية.

منارة تومض ليس كل ثانية، بل كل بضع دقائق أو حتى ساعات. هكذا تتصرف المتغيرات الراديوية طويلة الدورة — وهي مصادر كونية اكتُشفت مؤخرًا فقط. إشاراتها أبطأ من أن تصدر عن النجوم النابضة المعتادة (وهي نجوم نيوترونية سريعة الدوران)، لكنها أقوى من أن تُعزى إلى تداخل عشوائي.

في أبريل 2021، صوّبت هوائيات تلسكوب أفق الحدث (EHT) — الشبكة العالمية من المقاريب الراديوية المليمترية — نحو نقطة صغيرة في كوكبة العذراء. إنها النواة النشطة للمجرة 3C 279، الواقعة على بُعد 16,5 ميغا فرسخ، وهي واحدة من ألمع البلازارات وأكثرها تغيرًا.

في مركز المجرة، ثقب أسود هائل محاط بسحابة غير مرئية – سرب من الجسيمات فائقة الخفة التي ولدها هو نفسه. ينغمس في هذه السحابة ثقب أسود آخر بحجم نجم، ويبدأ رقصة طويلة على شكل حلزوني. يستمر الاقتراب ملايين السنين، لكن الأحداث الأكثر دراماتيكية تتكشف بالقرب من الأفق. نادراً ما يكون مدار الثقب الصغير دائرة مثالية.

في عام 2022، بدأ علماء الفلك في اكتشاف منارات كونية غريبة — العابرات الراديوية طويلة الدورة. على عكس النجوم النابضة السريعة، التي اكتشفتها جوسلين بيل بورنيل في عام 1967، كانت هذه الأجسام تنفجر بدورات تصل إلى عشرات الدقائق والساعات.

ينهار نجم ضخم، ويُولد ثقب أسود، محاط بقرص من البلازما الحارة. لكي تندفع من هذا القرص نفاثات ضيقة، تحتاج إلى مجال مغناطيسي منظم. لكن داخل النجم يكون المجال متشابكًا.

قام تلسكوب فيرمي على مدى 17 عاماً بتسجيل أشعة غاما الصادرة من النوى النشطة لـالمجرات التي تحتوي على ثقوب سوداء عملاقة في مركزها. يشبه توهج نفاثاتها نشازاً فوضوياً: فهو يتغير باستمرار.

في النظام الثنائي الدجاجة X-3، الذي يقع في مجرتنا، يدور ثقب أسود ونجم عملاق بجوار بعضهما بإحكام لدرجة أن النجم يفقد مادته — التي تحملها رياح قوية. تنطلق تيارات من محيط الثقب الأسود؛ وقد التقط تلسكوب مؤخرًا فوتونات منها، كل منها يحمل طاقة بعوضة طائرة.

تنهي النجوم الضخمة دورة حياتها بانفجار هائل، أطلق عليه فريتز زفيكي اسم المستعر الأعظم. في مركز الانفجار، ينهار النواة إلى بقايا فائقة الكثافة — ثقب أسود أو نجم نيوتروني.

تيار الماء من خرطوم يصطدم بجدار فينتشر جانبًا. هكذا تتصرف النفاثات الفيزيائية الفلكية — تيارات ضيقة من البلازما تنطلق من محيط الثقوب السوداء أو النجوم الفتية. عندما يواجه هذا التيار مقاومة من الغاز المحيط، تتشكل داخله موجة صادمة، تشبه الموجة المستقرة في نهر سريع. على هذه الموجة، تنعكس الجسيمات المشحونة مرارًا وتكرارًا، مثل كرات في لعبة تنس الطاولة، وتكتسب طاقة.

من مركز المجرة، حيث يختبئ الثقب الأسود، تنطلق في الاتجاهين نفثات ضيقة من الغاز شديد الحرارة — تُعرف بالنفثات (jets). تتوهج هذه النفثات عبر مسافات شاسعة، قد تتجاوز أحيانًا طول المجرة نفسها.

في عقد 2010، تعلم الفيزيائيون العاملون في مصادم الهادرونات الكبير إنشاء مادة في المختبر لا توجد في العالم العادي. عند اصطدام نواتين من الرصاص، مسرعتين إلى سرعة تقارب سرعة الضوء، تنشأ للحظة بلازما الكوارك-غلوون — «حساء» من أصغر الجسيمات المعروفة للمادة، والذي ملأ الكون في أول ميكروثانية بعد الانفجار العظيم.

شعاع الليزر عادة يتحرك في خط مستقيم، مثل تيار الماء من خرطوم. لكن ماذا لو قمنا بلف هذا التيار كخيط برغي؟ سنحصل على زنبرك ضوئي — شعاع يدور حول محوره أثناء حركته. في كل نقطة في الفضاء، يصف سطوعه حلزونا، وإذا وضعنا شاشة مسطحة في مسار هذا الشعاع، ستظهر عليها بقعة ضوء دوارة. قاس الفيزيائيون السرعة التي تتحرك بها هذه البقعة في دائرة.

عندما يصطدم بروتونان بسرعة هائلة، ينطلق من نقطة الاصطدام شعاع ضيق من الجسيمات — نفاث يشبه رذاذ الماء المتطاير عند رمي حجر في الماء. في اصطدامات نوى الرصاص الثقيلة، يكون الأمر أكثر تعقيدًا: تنشأ في الداخل سحابة حارة تعيق النفاث عن الطيران مستقيمًا. أظهر القياس أنه إذا كان النفاث ضعيفًا، فإن مساره لا يتغير تقريبًا.

في مركز كل مجرة كبيرة تقريبًا يختبئ ثقب أسود. عندما يبتلع الغاز، يقذف تدفقات قوية إلى الخلف — مثل تنين لا يستطيع ابتلاع كامل فريسته فيزفر النار. تتسارع هذه "الرياح" إلى آلاف الكيلومترات في الثانية ويمكنها أن تبعثر مخزون الغاز الذي تولد منه النجوم. نظر تلسكوب جيمس ويب إلى مجرتين متصادمتين — F11119+3257 وF05189-2524.

النجم النيوتروني PSR J1101-6101 يندفع عبر الفضاء بسرعة تخطف الأنفاس. يترك خلفه أثرًا من الجسيمات المشحونة — مثل زورق سريع يشق الماء ويجر خلفه ذيلًا من الرغوة. نظر تلسكوب ميركات الراديوي في جنوب أفريقيا إلى هذا الذيل لمدة عشر ساعات ونصف ورأى ما لم يُلاحظ من قبل: الذيل ليس أملس، بل مشقوق بخطوط عرضية. هذه الخطوط ليست مجرد نمط.

الثقب الأسود في النظام الثنائي V4641 الرامي يتصرف مثل خلاط عملاق. إنه يبتلع مادة النجم المجاور ويقذفها مرة أخرى إلى الفضاء عبر نفاثتين ضيقتين. تضرب هذه النفاثات الغاز المحيط مثل تيار ماء يضرب الرمال، وتدريجيًا تحفر تجويفًا هائلًا حول الثقب. التلسكوب الراديوي ميركات في جنوب أفريقيا راقب هذا النظام لعدة ساعات.