المركز المجري

مركز المجرة هو مركز ثقل مجرة ​​درب التبانة ، ونقطة مقابلة على محور دورانها . ^{[ 1 ] [ 2 ]} جسمها المركزي الضخم هو ثقب أسود فائق الكتلة تبلغ كتلته حوالي 4 ملايين كتلة شمسية ، يُسمى القوس أ* ، ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} جزء منه عبارة عن مصدر راديوي شديد الكثافة ينبعث من بقعة ساطعة في المنطقة المحيطة بالثقب الأسود، بالقرب من أفق الحدث . ^{[ 6 ]} يقع مركز المجرة على بُعد 8 كيلوبارسيك تقريبًا ( 26000 سنة ضوئية) من الأرض ^{[ 3 ]} في اتجاه كوكبات القوس والحواء والعقرب ، حيث تظهر مجرة ​​درب التبانة بأبهى صورها، بالقرب من عنقود الفراشة (M6) أو نجم لامدا العقرب ، جنوبًا باتجاه سديم الأنبوب . 

يوجد حوالي 10 ملايين نجم ضمن فرسخ فلكي واحد من مركز المجرة، تهيمن عليها العمالقة الحمراء ، مع وجود عدد كبير من العمالقة الفائقة الضخمة ونجوم وولف-رايت التي تشكلت في المنطقة قبل حوالي مليون سنة. وتُمثل نجوم المركز جزءًا صغيرًا من المنطقة المركزية الأوسع بكثير، والتي تُسمى انتفاخ المجرة .

بسبب وجود غبار بين النجوم على طول خط الرؤية، لا يمكن دراسة مركز المجرة باستخدام أطوال موجات الضوء المرئي أو فوق البنفسجي أو الأشعة السينية منخفضة الطاقة . وتأتي المعلومات المتاحة عن مركز المجرة من رصدها باستخدام أشعة غاما ، والأشعة السينية عالية الطاقة، والأشعة تحت الحمراء ، والموجات دون المليمترية، وموجات الراديو .

ذكر إيمانويل كانط في كتابه "التاريخ الطبيعي الشامل ونظرية السماوات " (1755) أن نجمًا كبيرًا يقع في مركز مجرة ​​درب التبانة ، وأن نجم الشعرى اليمانية قد يكون هو هذا النجم. ^{[ 7 ]} وذكر هارلو شابلي في عام 1918 أن هالة العناقيد الكروية المحيطة بدرب التبانة تبدو وكأنها متمركزة حول أسراب النجوم في كوكبة القوس، إلا أن السحب الجزيئية المظلمة في المنطقة حجبت الرؤية عن علم الفلك البصري. ^{[ 8 ]}

في أوائل أربعينيات القرن العشرين، استغل والتر باد في مرصد جبل ويلسون ظروف التعتيم التي فرضتها الحرب في لوس أنجلوس المجاورة، لإجراء بحث عن مركز مجرة ​​درب التبانة باستخدام تلسكوب هوكر ذي قطر 250 سم . ووجد أن بالقرب من نجم النسل (غاما القوس) توجد فجوة بعرض درجة واحدة في ممرات الغبار بين النجوم، مما يوفر رؤية واضحة نسبيًا لأسراب النجوم المحيطة بنواة مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 9 ]} ومنذ ذلك الحين، عُرفت هذه الفجوة باسم " نافذة باد" . ^{[ 10 ]} 

في دوفر هايتس بسيدني، أستراليا، استخدم فريق من علماء الفلك الراديوي من قسم الفيزياء الراديوية في منظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO) ، بقيادة جوزيف ليد باوسي ، تقنية التداخل البحري لاكتشاف بعض من أوائل مصادر الراديو بين النجوم والمجرات، بما في ذلك الثور أ ، والعذراء أ ، وقنطورس أ . وبحلول عام 1954، بنوا هوائيًا طبقًا ثابتًا بطول 24 مترًا (80 قدمًا) واستخدموه لإجراء دراسة تفصيلية لحزام ممتد وقوي للغاية من انبعاثات الراديو تم رصده في كوكبة القوس. أطلقوا على مصدر نقطي مكثف بالقرب من مركز هذا الحزام اسم القوس أ ، وأدركوا أنه يقع في مركز المجرة تمامًا، على الرغم من كونه على بعد حوالي 32 درجة جنوب غرب مركز المجرة المفترض في ذلك الوقت. ^{[ 11 ]} 

في عام 1958، قرر الاتحاد الفلكي الدولي اعتماد موقع القوس أ كنقطة إحداثيات صفرية حقيقية لنظام خطوط العرض والطول المجرية . ^{[ 12 ]} في نظام الإحداثيات الاستوائية، يكون الموقع: RA 17 ^h 45 ^m 40.04 ^s ، Dec −29 ° 00 ′ 28.1 ″ ( حقبة J2000 ).  

في يوليو 2022، أعلن علماء الفلك عن اكتشاف كميات هائلة من الجزيئات ما قبل الحيوية ، بما في ذلك بعض الجزيئات المرتبطة بالحمض النووي الريبي (RNA )، في مركز مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

المسافة الدقيقة بين النظام الشمسي ومركز المجرة غير مؤكدة، ^{[ 15 ]} على الرغم من أن التقديرات منذ عام 2000 ظلت ضمن نطاق 24-28.4 كيلوسنة ضوئية (7.4-8.7 كيلوبارسيك ) . ^{[ 16 ]} وتُعطي أحدث التقديرات من الطرق الهندسية والشموع المعيارية المسافات التالية إلى مركز المجرة:

• 7.4 ± 0.2 (إحصائي) ± 0.2 (نظامي) أو7.4 ± 0.3  كيلوبارسيك (≈24 ± 1 كيلو سنة ضوئية  ) ^{[ 16 ]}
• 7.62 ± 0.32  كيلوبارسيك (≈24.8 ± 1  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 17 ]}
• 7.7 ± 0.7  كيلوبارسيك (≈25.1 ± 2.3  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 18 ]}
• 7.94 أو8.0 ± 0.5  كيلوبارسيك (≈26 ± 1.6  كلي ) ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}
• 7.98 ± 0.15 (إحصائي) ± 0.20 (نظامي) أو8.0 ± 0.25  كيلوبارسيك (≈26 ± 0.8  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 22 ]}
• 8.33 ± 0.35  كيلوبارسيك (≈27 ± 1.1  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 5 ]}
• 8.0 ± 0.3  كيلوبارسيك (≈25.96 ± 0.98  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 23 ]}
• 8.7 ± 0.5  كيلوبارسيك (≈28.4 ± 1.6  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 24 ]}
• 8.122 ± 0.031  كيلوبارسيك (≈26.49 ± 0.1  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 25 ]}
• 8.178 ± 0.013 (إحصائي) ± 0.022 (نظامي) كيلوبارسيك (≈26.67 ± 0.1  كيلو سنة ضوئية ) ^{[ 3 ]}

يُعيق التحديد الدقيق للمسافة إلى مركز المجرة، باستخدام النجوم المتغيرة (مثل متغيرات RR Lyrae ) أو الشموع المعيارية (مثل نجوم التكتل الأحمر )، العديد من العوامل، بما في ذلك قانون احمرار غامض ، وانحياز نحو قيم أصغر للمسافة إلى مركز المجرة بسبب أخذ عينات تفضيلية من النجوم باتجاه الجانب القريب من انتفاخ المجرة نتيجةً لامتصاص الضوء بين النجوم ، وعدم اليقين في تحديد كيفية ارتباط متوسط ​​المسافة إلى مجموعة من النجوم المتغيرة الموجودة في اتجاه انتفاخ المجرة بالمسافة إلى مركز المجرة. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

لا تزال طبيعة قضيب مجرة ​​درب التبانة ، الممتد عبر مركز المجرة، موضع نقاش واسع، حيث تتراوح التقديرات لنصف طوله واتجاهه بين 1-5 كيلوبارسيك (قضيب قصير أو طويل) و10-50 درجة. ^{[ 24 ] [ 26 ] [ 28 ]} ويرى بعض الباحثين أن مجرة ​​درب التبانة تتكون من قضيبين منفصلين، أحدهما داخل الآخر. ^{[ 29 ]} ويُحدَّد القضيب بنجوم التكتل الأحمر (انظر أيضًا العملاق الأحمر )؛ ومع ذلك، لا تُظهر متغيرات RR Lyrae وجود قضيب مجري بارز. ^{[ 26 ] [ 30 ] [ 31 ]} وقد يكون القضيب محاطًا بحلقة تُسمى حلقة 5 كيلوبارسيك ، والتي تحتوي على نسبة كبيرة من الهيدروجين الجزيئي الموجود في مجرة ​​درب التبانة، ومعظم نشاط تكوين النجوم فيها . ولو رُصدت من مجرة ​​أندروميدا ، لكانت هذه الحلقة ألمع سمات مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 32 ]}

يبدو أن مصدر الراديو الفلكي المعقد ، القوس أ، يقع تقريبًا في مركز المجرة، ويحتوي على مصدر راديو مكثف وصغير الحجم، القوس أ* ، والذي يتطابق مع ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرة ​​درب التبانة. ويؤدي تراكم الغاز على الثقب الأسود ، والذي يُحتمل أن يشمل قرص تراكم حوله، إلى إطلاق طاقة تُغذي مصدر الراديو، الذي هو نفسه أكبر بكثير من الثقب الأسود.

في دراسة أجريت عام 2008، ربطت بين تلسكوبات راديوية في هاواي وأريزونا وكاليفورنيا ( باستخدام تقنية التداخل الراديوي ذي الخط الأساسي الطويل جدًا )، تم قياس قطر نجم القوس أ* بـ 44 مليون كيلومتر (حوالي 0.294 وحدة فلكية ). ^{[ 4 ] [ 34 ]} وللمقارنة، يبلغ نصف قطر مدار الأرض حول الشمس حوالي 150 مليون كيلومتر (1.0 وحدة فلكية )، بينما تبلغ المسافة بين عطارد والشمس عند أقرب نقطة ( الحضيض ) 46 مليون كيلومتر (حوالي 0.307 وحدة فلكية). وبالتالي، فإن قطر مصدر الراديو أقل بقليل من المسافة بين عطارد والشمس.

أكد علماء في معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية خارج الأرض في ألمانيا، باستخدام تلسكوبات تشيلية، وجود ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرتنا، تبلغ كتلته حوالي 4.3 مليون كتلة شمسية . ^{[ 5 ]} وقدّرت دراسات لاحقة كتلته بـ 3.7 مليون ^{[ 35 ] [ 36 ]} أو 4.1 مليون كتلة شمسية. ^{[ 25 ]}

في 5 يناير 2015، أعلنت وكالة ناسا عن رصد توهج أشعة سينية أشد سطوعًا بـ 400 مرة من المعتاد، وهو رقم قياسي، من نجم القوس أ*. ويرجح علماء الفلك أن يكون هذا الحدث غير المألوف ناتجًا عن تفكك كويكب سقط في الثقب الأسود، أو عن تشابك خطوط المجال المغناطيسي داخل الغاز المتدفق إلى القوس أ*. ^{[ 37 ]}

يوجد ثقب أسود فائق الكتلة في المنطقة البيضاء الساطعة إلى يمين مركز هذه الصورة العريضة (القابلة للتمرير). تغطي هذه الصورة المركبة حوالي نصف درجة.

فقاعات فيرمي التي تبعث أشعة جاما والأشعة السينية

فقاعات أشعة غاما والأشعة السينية المجرية

فقاعات أشعة جاما والأشعة السينية في مركز مجرة ​​درب التبانة: أعلى: رسم توضيحي؛ أسفل: فيديو.

في نوفمبر 2010، أُعلن عن اكتشاف بنيتين بيضاويتين كبيرتين من البلازما النشطة ، تُعرفان باسم الفقاعات ، تُصدران أشعة غاما وأشعة سينية، على جانبي مركز مجرة ​​درب التبانة. ^{[ 38 ]} تُعرف هذه الفقاعات باسم فقاعات فيرمي أو فقاعات إيروزيتا ، ^{[ 39 ]} وتمتد لمسافة تصل إلى حوالي 25000 سنة ضوئية فوق وتحت مركز المجرة. ^{[ 38 ]} أعاق ضباب أشعة غاما المنتشر في المجرة عمليات الرصد السابقة، لكن فريق الاكتشاف بقيادة د. فينكبينر، بالاستناد إلى أبحاث ج. دوبلر، تغلب على هذه المشكلة. ^{[ 38 ]} مُنحت جائزة برونو روسي لعام 2014 لكل من تريسي سلاتير ، ودوغلاس فينكبينر ، ومينغ سو "لاكتشافهم، في أشعة غاما، البنية المجرية الكبيرة غير المتوقعة التي تُسمى فقاعات فيرمي ". ^{[ 40 ]}

يجري البحث حاليًا عن أصل هذه الفقاعات. ^{[ 41 ] [ 42 ]} ترتبط هذه الفقاعات، ويبدو أنها متصلة، عبر نقل الطاقة، بنواة المجرة بواسطة هياكل عمودية من البلازما النشطة تُسمى المداخن . ^{[ 43 ]} في عام 2020، ولأول مرة، رُصدت هذه الفصوص في الضوء المرئي ^{[ 44 ]} وأُجريت قياسات بصرية. ^{[ 45 ]} وبحلول عام 2022، أكدت عمليات محاكاة حاسوبية مفصلة أن هذه الفقاعات ناتجة عن الثقب الأسود القوس أ*. ^{[ 46 ] [ 39 ]}

تحتوي المنطقة المكعبة المركزية حول القوس أ* على حوالي 10 ملايين نجم . ^{[ 47 ]} على الرغم من أن معظمها نجوم عملاقة حمراء قديمة ، إلا أن مركز المجرة غني أيضًا بالنجوم الضخمة . وقد تم تحديد أكثر من 100 نجم من نوعي OB و Wolf-Rayet هناك حتى الآن. ^{[ 48 ]} ويبدو أنها تشكلت جميعها في حدث تكوين نجمي واحد قبل بضعة ملايين من السنين. وكان وجود هذه النجوم الشابة نسبيًا مفاجأة للخبراء، الذين توقعوا أن تمنع قوى المد والجزر الناتجة عن الثقب الأسود المركزي تشكلها. ^{[ 49 ]}

تزداد هذه المفارقة المتعلقة بصغر سن النجوم وضوحًا في النجوم التي تدور في مدارات ضيقة جدًا حول القوس أ*، مثل S2 و S0-102 . وتشمل السيناريوهات المطروحة لتفسير هذا التكوين إما تكوين النجوم في عنقود نجمي ضخم مُنحرف عن مركز المجرة، والذي كان سينتقل إلى موقعه الحالي بمجرد تشكله، أو تكوين النجوم داخل قرص تراكم غازي ضخم ومضغوط حول الثقب الأسود المركزي. وترجح الأدلة الحالية النظرية الثانية، إذ يُرجح أن يؤدي التكوين عبر قرص تراكم كبير إلى الحافة المنفصلة المرصودة للعنقود النجمي الفتي عند حوالي 0.5 فرسخ فلكي. ^{[ 50 ]} ويبدو أن معظم هذه النجوم المئة الفتية الضخمة تتركز داخل قرص واحد أو قرصين، بدلًا من توزيعها عشوائيًا داخل الفرسخ الفلكي المركزي. ^{[ 51 ] [ 52 ]} ومع ذلك، لا تسمح هذه الملاحظة باستخلاص استنتاجات قاطعة في هذه المرحلة.

لا يبدو أن تكوّن النجوم يحدث حاليًا في مركز المجرة، على الرغم من أن القرص المحيط بالنواة، وهو عبارة عن غاز جزيئي يدور حول مركز المجرة على مسافة فرسخين فلكيين، يبدو موقعًا مناسبًا لتكوّن النجوم. وقد كشفت دراسةٌ نُشرت عام 2002 من قِبل أنتوني ستارك وكريس مارتن، والتي رسمت خريطةً لكثافة الغاز في منطقةٍ تمتد على مسافة 400 سنة ضوئية حول مركز المجرة، عن حلقةٍ متراكمةٍ بكتلةٍ تفوق كتلة الشمس بملايين المرات ، وتقترب كثافتها من الكثافة الحرجة لتكوّن النجوم .

يتوقع العلماء أنه خلال حوالي 200 مليون سنة، سيشهد مركز مجرتنا انفجارًا نجميًا هائلًا، حيث تتشكل العديد من النجوم بسرعة فائقة وتنفجر كمستعرات عظمى بمعدل يفوق المعدل الحالي بمئة ضعف. وقد يترافق هذا الانفجار النجمي أيضًا مع تشكل نفاثات نسبية مجرية، نتيجة لسقوط المادة في الثقب الأسود المركزي . ويُعتقد أن مجرة ​​درب التبانة تشهد انفجارًا نجميًا من هذا النوع كل 500 مليون سنة.

إلى جانب مفارقة الشباب، ثمة "لغز الشيخوخة" المرتبط بتوزيع النجوم القديمة في مركز المجرة. تنبأت النماذج النظرية بأن النجوم القديمة - التي يفوق عددها عدد النجوم الشابة بكثير - يجب أن يكون لها كثافة متزايدة بشدة بالقرب من الثقب الأسود، فيما يُعرف بـ" حد باهكال-وولف" . ولكن، في عام 2009، اكتُشف أن كثافة النجوم القديمة تبلغ ذروتها على بُعد 0.5 فرسخ فلكي تقريبًا من Sgr A*، ثم تتناقص باتجاه الداخل: فبدلًا من عنقود كثيف، يوجد "ثقب"، أو نواة ، حول الثقب الأسود. ^{[ 53 ]}

طُرحت عدة اقتراحات لتفسير هذه الملاحظة المحيرة، لكن لم يُقدّم أي منها تفسيراً مُرضياً تماماً. ^{[ 54 ] [ 55 ]} فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن الثقب الأسود سيلتهم النجوم القريبة منه، مُكوّناً منطقة منخفضة الكثافة، إلا أن هذه المنطقة ستكون أصغر بكثير من فرسخ فلكي واحد. ولأن النجوم المرصودة تُمثّل جزءاً ضئيلاً من العدد الإجمالي، فمن الممكن نظرياً أن يكون التوزيع النجمي العام مختلفاً عما هو مُرصود، مع أنه لم تُقترح حتى الآن أي نماذج معقولة من هذا القبيل.

في مايو 2021، نشرت وكالة ناسا صورًا جديدة لمركز المجرة، استنادًا إلى مسوحات من مرصد تشاندرا للأشعة السينية وتلسكوبات أخرى. ^{[ 59 ]} يبلغ عرض الصور حوالي 2.2 درجة (1000 سنة ضوئية) وطولها 4.2 درجة (2000 سنة ضوئية).

تُبنى صورة بانورامية لمركز المجرة على مسوحات سابقة من مرصد تشاندرا للأشعة السينية وتلسكوبات أخرى. في الصورة الأولى، تظهر الأشعة السينية من تشاندرا باللون البرتقالي والأخضر والبنفسجي، مما يدل على طاقات مختلفة للأشعة السينية، بينما تظهر بيانات الراديو من ميركات باللون الرمادي. تُظهر الصور التالية ألوانًا أحادية (واسعة النطاق)، حيث تظهر بيانات الأشعة السينية من تشاندرا باللون الوردي وبيانات الراديو من ميركات باللون الأزرق.

صورة مركبة مع تسميات

صورة مركبة

صورة مركبة أحادية اللون بالأشعة السينية والراديو

راديو أحادي اللون

• 
  جزء صغير من فسيفساء ملونة بحجم جيجابكسل لقلب درب التبانة ^{[ 60 ]}
• 
  تتعايش النجوم العملاقة الحمراء مع النجوم البيضاء الشبيهة بالشمس. ^{[ 61 ]}
• 
  الأقزام البيضاء في المركز الرئيسي لمجرة درب التبانة ^{[ 62 ]}
• 
  مركز مجرة ​​درب التبانة – صورة التقطها جهاز ISAAC، وهو مطياف وكاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة والمتوسطة التابع لتلسكوب VLT
• 
  صورة بالأشعة تحت الحمراء من تلسكوب سبيتزر الفضائي
• 
  صورة للسماء الليلية قرب برج القوس ، مُحسّنة لإظهار تباين وتفاصيل أفضل في ممرات الغبار. النجوم الرئيسية في برج القوس مُشار إليها باللون الأحمر.
• 
  الأجزاء المركزية من مجرة ​​درب التبانة، كما رُصدت في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة باستخدام جهاز NACO على التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي.
• 
  صورة بالأشعة تحت الحمراء لمركز مجرة ​​درب التبانة تكشف عن مجموعة جديدة من النجوم الضخمة
• 
  الكشف عن توهج أشعة سينية ساطع بشكل غير عادي من Sagittarius A* ، وهو ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرة ​​درب التبانة ^{[ 37 ]}

محيط مركز المجرة (خريطة من الأعلى)

• إيكارت، أ.؛ شودل، ر.؛ شتراوبماير، س. (2005). الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة . لندن: مطبعة إمبريال كوليدج. ISBN 978-1-86094-567-0.
• ميليا، فولفيو (2003). الثقب الأسود في مركز مجرتنا . برينستون: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-09505-9.
• ميليا، فولفيو (2007). الثقب الأسود الهائل في المجرة . برينستون: مطبعة جامعة برينستون. ISBN 978-0-691-13129-0.

يضعط

• "صورة راديوية جديدة من ميركات تكشف عن قلب معقد لمجرة درب التبانة - ساراو" . 26 يناير 2022.

• مجموعة مركز المجرة بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، مؤرشفة بتاريخ 26 يونيو 2017 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض، مجموعة مركز المجرة
• الثقب الأسود الهائل في المجرة
• الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة
• القلب المظلم لمجرة درب التبانة
• رسم متحرك يوضح مدارات النجوم القريبة من مركز مجرة ​​درب التبانة
• تكبير مركز مجرة ​​درب التبانة
• زيادة كبيرة في انفجارات المستعرات العظمى تلوح في الأفق
• صورة اليوم الفلكية :
  • رحلة إلى مركز المجرة
  • سحابة مجرية من المادة المضادة
  • النجوم السريعة القريبة من مركز المجرة
  • في مركز مجرة ​​درب التبانة
  • مشهد النجوم في مركز المجرة
  • مركز المجرة المشروح
• محاكاة للنجوم التي تدور حول الثقب الأسود الهائل المركزي لمجرة درب التبانة
• مركز المجرة على موقع arxiv.org