النواة المجرية النشطة

النواة المجرية النشطة ( AGN ) هي منطقة مضغوطة في مركز المجرة تُصدر كمية كبيرة من الطاقة عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، بخصائص تُشير إلى أن هذا الإشعاع ليس ناتجًا عن النجوم . وقد رُصدت هذه الانبعاثات الزائدة غير النجمية في نطاقات موجات الراديو ، والميكروويف ، والأشعة تحت الحمراء ، والضوء المرئي ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، وأشعة غاما . تُسمى المجرة التي تضم نواة مجرية نشطة بالمجرة النشطة . يُفترض أن الإشعاع غير النجمي الصادر من النواة المجرية النشطة ناتج عن تراكم المادة بواسطة ثقب أسود فائق الكتلة في مركز المجرة المضيفة. الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز مجرة ​​درب التبانة ليس نشطًا حاليًا، ولكن يُعتقد أنه كان نشطًا قبل حوالي 8 مليارات سنة.

تُعدّ النوى المجرية النشطة أكثر مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي سطوعًا واستمرارًا في الكون، ولذا يُمكن استخدامها كوسيلة لاكتشاف الأجرام البعيدة؛ كما يُقيّد تطورها عبر الزمن الكوني نماذج الكون . وتعتمد الخصائص المرصودة للنوى المجرية النشطة على عدة عوامل، مثل كتلة الثقب الأسود المركزي، ومعدل تراكم الغاز عليه، واتجاه قرص التراكم ، ودرجة حجب الغبار للنواة ، ووجود أو غياب النفاثات . وقد صُنّفت العديد من الفئات الفرعية للنوى المجرية النشطة بناءً على خصائصها المرصودة؛ وتُصنّف أقوى النوى المجرية النشطة على أنها كوازارات . أما البلازار فهو نواة مجرية نشطة ذات نفاثة موجهة نحو الأرض، حيث يتعزز الإشعاع الصادر منها بفعل التوجيه النسبي .

خلال النصف الأول من القرن العشرين، رصدت عمليات الرصد الفوتوغرافي للمجرات القريبة بعض السمات المميزة لانبعاثات النوى المجرية النشطة، على الرغم من عدم وجود فهم فيزيائي لطبيعة ظاهرة النوى المجرية النشطة آنذاك. وشملت بعض عمليات الرصد المبكرة أول رصد طيفي لخطوط انبعاث من نوى المجرتين NGC 1068 وميسييه 81 بواسطة إدوارد فاث (نُشر عام 1909)، ^{[ 1 ]} واكتشاف النفاثات في ميسييه 87 بواسطة هيبر كورتيس (نُشر عام 1918). ^{[ 2 ]} وأشارت دراسات طيفية لاحقة أجراها فلكيون ، من بينهم فيستو سليفر وميلتون هوماسون ونيكولاس مايال، إلى وجود خطوط انبعاث غير عادية في بعض نوى المجرات. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} في عام 1943، نشر كارل سيفرت بحثًا وصف فيه رصده لمجرات قريبة ذات أنوية ساطعة تُصدر خطوط انبعاث عريضة بشكل غير معتاد. ^{[ 7 ]} وشملت المجرات التي رُصدت في هذه الدراسة NGC 1068 و NGC 4151 و NGC 3516 و NGC 7469. تُعرف المجرات النشطة من هذا النوع باسم مجرات سيفرت تكريمًا لعمل سيفرت الرائد.

كان لتطور علم الفلك الراديوي دورٌ محوري في فهم النوى المجرية النشطة. ومن أوائل المصادر الراديوية المكتشفة مجرات إهليلجية نشطة قريبة، مثل مسييه 87 وقنطورس أ . ^{[ 8 ]} كما حُدِّد مصدر راديوي آخر، هو سيغنوس أ ، على يد والتر باد ورودولف مينكوفسكي، باعتباره مجرة ​​مشوهة بفعل قوى المد والجزر، ذات طيف انبعاث غير عادي ، وسرعة ابتعاد تبلغ 16700 كيلومتر في الثانية. ^{[ 9 ]} وقد أدى المسح الراديوي 3C إلى مزيد من التقدم في اكتشاف مصادر راديوية جديدة، بالإضافة إلى تحديد مصادر الضوء المرئي المرتبطة بالانبعاثات الراديوية. في الصور الفوتوغرافية، بدت بعض هذه الأجسام شبه نقطية أو شبه نجمية في مظهرها، وصُنِّفت كمصادر راديوية شبه نجمية (يُشار إليها لاحقًا باسم "الكوازارات").

قدّم عالم الفيزياء الفلكية السوفيتي الأرمني فيكتور أمبارتسوميان مفهوم النوى المجرية النشطة في أوائل خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 10 ]} وفي مؤتمر سولفاي للفيزياء عام 1958، قدّم أمبارتسوميان تقريرًا يُجادل فيه بأن "الانفجارات في النوى المجرية تُسبب قذف كميات هائلة من الكتلة. ولكي تحدث هذه الانفجارات، يجب أن تحتوي النوى المجرية على أجسام ذات كتلة هائلة وطبيعة مجهولة. ومنذ ذلك الحين، أصبحت النوى المجرية النشطة (AGN) عنصرًا أساسيًا في نظريات تطور المجرات." ^{[ 11 ]} وقد قوبلت فكرته في البداية بالتشكيك. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

كان قياس الانزياح الأحمر للكوازار 3C 273 بواسطة مارتن شميدت ، والذي نُشر عام 1963، إنجازًا هامًا. ^{[ 14 ]} لاحظ شميدت أنه إذا كان هذا الجسم خارج المجرة (خارج مجرة ​​درب التبانة ، على مسافة كونية)، فإن انزياحه الأحمر الكبير البالغ 0.158 يشير إلى أنه المنطقة النووية لمجرة أقوى بنحو 100 مرة من المجرات الراديوية الأخرى التي تم تحديدها. بعد ذلك بوقت قصير، استُخدمت الأطياف الضوئية لقياس الانزياح الأحمر لعدد متزايد من الكوازارات، بما في ذلك 3C 48 ، الأبعد منها بانزياح أحمر يبلغ 0.37. ^{[ 15 ]}

أشارت شدة إضاءة هذه الكوازارات الهائلة، بالإضافة إلى خصائصها الطيفية غير العادية، إلى أن مصدر طاقتها لا يمكن أن يكون نجومًا عادية. وقد اقترح إدوين سالبيتر وياكوف زيلدوفيتش في بحثين نُشرا عام 1964 أن تراكم الغاز على ثقب أسود فائق الكتلة هو مصدر طاقة الكوازارات . ^{[ 16 ]} وفي عام 1969، اقترح دونالد ليندن-بيل أن المجرات القريبة تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكزها كبقايا لكوازارات "ميتة"، وأن تراكم الغاز على الثقوب السوداء هو مصدر الطاقة للانبعاثات غير النجمية في مجرات سيفرت القريبة. ^{[ 17 ]} وفي ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، أظهرت عمليات الرصد الفلكي المبكرة بالأشعة السينية أن مجرات سيفرت والكوازارات تُعد مصادر قوية لانبعاثات الأشعة السينية، والتي تنشأ من المناطق الداخلية لأقراص تراكم الغاز على الثقوب السوداء.

تُعدّ النوى المجرية النشطة اليوم موضوعاً رئيسياً في البحوث الفيزيائية الفلكية، سواءً الرصدية أو النظرية . وتشمل هذه البحوث المسوحات الرصدية للعثور على النوى المجرية النشطة عبر نطاقات واسعة من اللمعان والانزياح الأحمر، ودراسة التطور الكوني ونمو الثقوب السوداء، ودراسة فيزياء تراكم المادة على الثقوب السوداء وانبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي من النوى المجرية النشطة، ودراسة خصائص النفاثات وتدفقات المادة من النوى المجرية النشطة، وتأثير تراكم المادة على الثقوب السوداء ونشاط الكوازارات على تطور المجرات .

منذ أواخر الستينيات، طُرحت فرضية ^{[ 18 ]} مفادها أن النوى المجرية النشطة (AGN) تستمد طاقتها من تراكم المادة على الثقوب السوداء الضخمة (10⁶ ^إلى 10¹⁰ ^ضعف كتلة الشمس ). تتميز النوى المجرية النشطة بصغر حجمها وشدتها العالية المستمرة. يُمكن أن يُوفر التراكم تحويلًا فعالًا للغاية للطاقة الكامنة والحركية إلى إشعاع، كما يتميز الثقب الأسود الضخم بشدّة إشعاع عالية (شدة إيدنجتون ). ونتيجة لذلك، يُمكنه توفير الشدّة المستمرة الملحوظة. يُعتقد الآن أن الثقوب السوداء فائقة الكتلة موجودة في مراكز معظم المجرات الضخمة، إن لم يكن جميعها، نظرًا لارتباط كتلة الثقب الأسود ارتباطًا وثيقًا بتشتت سرعة انتفاخ المجرة ( علاقة M-sigma ) أو بشدّة إشعاع الانتفاخ. ^{[ 19 ]} وبالتالي، يُتوقع ظهور خصائص مشابهة للنوى المجرية النشطة كلما توفر مصدر للمادة اللازمة للتراكم ضمن نطاق تأثير الثقب الأسود المركزي.

النفاثات النسبية

تُنتج بعض أقراص التراكم نفاثات من تدفقات مزدوجة، عالية التوازي ، وسريعة، تنبثق في اتجاهين متعاكسين من منطقة قريبة من القرص. ^{[ 20 ]} يتحدد اتجاه قذف النفاثة إما بمحور الزخم الزاوي لقرص التراكم أو بمحور دوران الثقب الأسود. لا تزال آلية إنتاج النفاثات، بل وتكوينها على نطاقات صغيرة جدًا، غير مفهومة حاليًا نظرًا لانخفاض دقة الأجهزة الفلكية. تظهر آثار النفاثات الرصدية بوضوح في نطاق الموجات الراديوية، حيث يمكن استخدام قياس التداخل ذي الخطوط الأساسية الطويلة جدًا لدراسة إشعاع السنكروترون المنبعث منها بدقة تصل إلى أجزاء من الفرسخ الفلكي . مع ذلك، فإنها تشع في جميع نطاقات الموجات من الراديو إلى نطاق أشعة غاما عبر السنكروترون وعملية تشتت كومبتون العكسي ، ولذا تُعد نفاثات النوى المجرية النشطة مصدرًا محتملاً ثانيًا لأي إشعاع متصل مُرصَد.

تُعد النوى المجرية النشطة مصدرًا محتملاً للأشعة الكونية ذات الطاقة العالية والعالية جدًا (انظر أيضًا آلية التسارع بالطرد المركزي ) .

من بين العديد من الخصائص المثيرة للاهتمام للمجرات النشطة: ^{[ 23 ]}

• سطوع عالٍ جدًا، مرئي حتى انزياحات حمراء عالية جدًا ،
• مناطق انبعاث صغيرة، قطرها أجزاء من الفرسخ الفلكي، مما يعني كثافة طاقة عالية.
• تطور قوي لوظائف اللمعان ، و
• انبعاث قابل للكشف عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله .

تُصنَّف النوى المجرية النشطة المرصودة إلى عشرات الفئات المختلفة، والتي قد تتداخل أحيانًا. ^{[ 23 ]} وتُصنَّف هذه النوى وفقًا لمعايير متعددة. فقد تنتمي نواتان مجريتان نشطتان إلى المجموعة نفسها بناءً على رصد عند طول موجي معين، بينما تنتميان إلى مجموعتين مختلفتين بناءً على رصد عند طول موجي آخر. ويُعتقد أن هذه الإشكالية تعكس المراحل المبكرة الحالية لفهم النوى المجرية النشطة. ولم تُفسَّر التصنيفات القائمة على الرصد بعدُ بنماذج فيزيائية متسقة. ^{[ 24 ]}

أحد المعايير هو نسبة انبعاث الموجات الراديوية إلى الموجات الضوئية أو معيار شدة الصوت الراديوي. $${\displaystyle R={\frac {L_{5GHz}}{L_{B}}},}$$ أين${\displaystyle L_{5GHz}}$هي شدة الإضاءة في  نطاق التردد الراديوي 5 جيجاهرتز و${\displaystyle L_{B}}$هي اللمعان البصري. النوى المجرية النشطة ذات${\displaystyle R\gg 10}$و${\displaystyle L_{5 جيجا هرتز}>10^{25}{\textrm {Jy}}}$تُسمى هذه المجرات "مُضيئة راديوياً"، وإلا فهي "هادئة راديوياً". هذه النسبة مشكوك فيها في الحالات التي قد يُحجب فيها الانبعاث الضوئي بالغبار وضوء النجوم المباشر على طول الخط المؤدي إلى النواة المجرية النشطة. بدلاً من ذلك، يمكن تعريف هذا الانقسام على أنه حد أقصى للسطوع الراديوي عند تردد ثابت، على سبيل المثال${\displaystyle L_{1.4 جيجا هرتز}>10^{24}{\textrm {W}}/{\textrm {هرتز}}.}$^{[ 24 ]}

المعيار الثاني هو وجود خطوط انبعاث عريضة في الطيف المرئي: النوع الأول له خطوط عريضة بينما النوع الثاني ليس له خطوط عريضة. ^{[ 25 ]}

تقترح النماذج الموحدة أن الفئات الرصدية المختلفة للنوى المجرية النشطة (AGN) هي نوع واحد من الأجسام الفيزيائية التي تُرصد في ظل ظروف مختلفة. ويقترح نموذج التوحيد "الصارم" أن الاختلافات الظاهرة بين أنواع الأجسام المختلفة تنشأ ببساطة بسبب اختلاف اتجاهات النفاثة والحلقة الحاجبة كما تُرى من الأرض. والحلقة الحاجبة، والتي تُسمى أيضًا "الحلقة الغبارية"، هي طبقة خارجية باردة تُحيط بقرص التراكم. ^{[ 35 ]} وقد حقق هذا النموذج نجاحًا جزئيًا، حيث أظهر، على سبيل المثال، أن مجرات سيفرت من النوعين 1 و2 هي نفس أنواع النوى المجرية النشطة التي تُرى بشكل مختلف. ^{[ 23 ] : 36 [ 36 ] [ 34 ]}

تشمل التأثيرات الأخرى التي قد تؤدي إلى امتلاك نفس النوع من الأجسام الفلكية خصائص رصدية مميزة معدل التراكم، وقوة النفاثات النسبية، وتأثيرات حجب المجرة المحيطة بالنواة المجرية النشطة، أو وقت الرصد بالنسبة لتكوين النواة المجرية النشطة. وتُعد النوى المجرية النشطة موضوعًا للعديد من الدراسات الجارية التي تسعى إلى توضيح طبيعتها. ^{[ 23 ] : 37}

من المتوقع أن تكون جميع الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مراكز المجرات قد مرت بنشاط عالٍ للنوى المجرية النشطة (AGN) لتصل إلى الكتلة التي نراها اليوم. قد تؤثر فترات النشاط العالي هذه على أغلفة الكواكب الجوية وقابليتها للحياة . من المرجح أن تكون الكواكب الموجودة في مجرات مضغوطة مثل " النوجات الحمراء " أكثر عرضة للتأثر من الكواكب الموجودة في مجرات إهليلجية نموذجية مثل M87 أو مجرات حلزونية مثل مجرة ​​درب التبانة . بالنسبة لكوكب يحتوي غلافه الجوي على نسبة عالية من الأكسجين ، قد يسمح إشعاع النوى المجرية النشطة بتكوين طبقة أوزون أكثر سمكًا ، ربما عن طريق حمايتها من الأشعة فوق البنفسجية الأخرى . وهذا من شأنه أن يزيد من قابلية الكوكب للحياة. ^{[ 37 ]}

شهد الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا ( القوس أ* ) مرحلة من النشاط النوى المجرية النشطة قبل 8 مليارات سنة. وقد تسبب ذلك في فقدان الغلاف الجوي للكواكب الواقعة ضمن نطاق 1 كيلوبارسيك، وهو ما يُشابه الوضع الحالي للأرض . كما أن الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية الشديدة كانت ستُلحق أضرارًا بيولوجية بالحياة على سطح الكواكب التي تفتقر إلى الحماية الكافية. وهذا من شأنه أن يُعيق تطور الحياة المعقدة ضمن نطاق بضعة كيلوبارسيك. ^{[ 38 ]}

يمكن للطاقة الكامنة في النوى المجرية النشطة أن تُسخّن غلاف الكواكب الجوي، مما يؤدي إلى هروبه . ومن المرجح أن يجعل التأثير المُجتمع لتدفقات النوى المجرية النشطة جميع الكواكب الواقعة ضمن مسافة 1 كيلوبارسيك (حوالي 3262 سنة ضوئية ) من مركز المجرة غير صالحة للسكن. ^{[ 39 ]}

• العلاقة بين الكتلة وانحرافها المعياري (M-sigma) – مفهوم في علم الفلك 
• الكوازار – نواة مجرية نشطة (AGN) تحتوي على ثقب أسود فائق الكتلة 
• المجرة الراديوية – نوع من المجرات النشطة شديدة اللمعان عند أطوال موجات الراديو 
• النفاثة النسبية – تيار من المادة المتأينة يتدفق بعيدًا عن جسم فلكي دوار 
• الثقب الأسود فائق الكتلة – أكبر أنواع الثقوب السوداء 
• رسم خرائط الصدى – تقنية فيزيائية فلكية 

• وسائط متعلقة بالنوى المجرية النشطة على ويكيميديا ​​كومنز