The Galactic Center Reference Frame: A 30-Year Solution

في أعماق قلب مجرتنا، درب التبانة، مختبئاً خلف ستائر سميكة من الغبار الكوني، يقع ثقب أسود هائل يُعرف باسم "ساجيتاريوس A*" (Sagittarius A*). لعقود من الزمن، راقب علماء الفلك النجوم وهي تلتف حول هذا العملاق الخفي، متتبعة مساراتها لإثبات وجوده وقياس وزنه. وللقيام بذلك بدقة متناهية، يحتاج العلماء إلى نقطة مرجعية ثابتة، مرساة كونية لا تتحرك. ولأن الثقب الأسود نفسه صغير جداً بحيث لا يمكن رؤيته مباشرة بالتلسكوبات البصرية، فقد اعتمد الباحثون لفترة طويلة على حيلة ذكية: فهم يستخدمون سحباً متوهجة ومضيئة من الغاز تُسمى "الماسر" (masers) تدور بالقرب من النجوم. تعمل هذه "الماسرات" مثل المنارات، مما يسمح لعلماء الفلك بقياس موقع الثقب الأسود بالنسبة للنجوم. ومع ذلك، فإن هذه السحب الغازية ليست مستقرة تماماً؛ فهي تومض، وتغير شكلها، وتتغير شدة سطوعها بمرور الوقت، مما قد يؤدي إلى تشويش القياسات.

تقدم دراسة جديدة مجموعة من ثلاثين عاماً من الملاحظات لإنشاء أكثر خريطة استقراراً ودقة لهذه المنطقة على الإطلاق. ومن خلال دمج عقود من البيانات من التلسكوبات الراديوية مع ملاحظات حديثة من عام 2026، قام الفريق بتنقيح إحداثيات خمسة عشر "ماسر" محدد. يضع هذا العمل إطاراً مرجعياً موثوقاً يضع المصدر الراديوي (Sgr A*) في حالة سكون وعند نقطة الأصل الإحداثية مع متوسط عدم يقين في الإزاحة يبلغ 0.08 مللي ثانية قوسية. هذا المستوى من الدقة دقيق للغاية لدرجة أنه يقابل مسافة فيزيائية تقل عن وحدة فلكية واحدة — وهي المسافة من الأرض إلى الشمس. ومع هذه الخريطة الجديدة، يمكن للعلماء الآن تتبع حركة النجوم بدقة غير مسبوقة، مما يفتح الباب لاختبار القوانين الأساسية للجاذبية والبحث عن المادة غير المرئية التي قد تكون مختبئة في مركز المجرة.

قام الباحثون، بقيادة جيريمي دارلينج وفريق دولي كبير، ببناء حلهم من خلال دمج خط زمني مستمر للملاحظات. استخدموا مصفوفة "كارل جي جانسكي" الكبيرة جداً (Very Large Array) في نيومكسيكو، وهو تلسكوب راديوي قوي، للاستماع إلى الإشارات الراديوية المحددة التي تنبعث من جزيئات أحادي أكسيد السيليكون في الأغلفة الجوية للنجوم العملاقة بالقرب من الثقب الأسود. هذه الإشارات، المعروفة باسم "الماسر"، هي ضوء مضخم طبيعياً يعمل كمنارة. أضاف الفريق مجموعة جديدة من القياسات من مارس 2026 إلى مجموعة بيانات تضمنت بالفعل ملاحظات من الأعوام 1996، 2000، 2006، 2008، 2011، 2014، 2020، و2022. ومن خلال تتبع كيفية تحرك هذه "الماسرات" بالنسبة للتوهج الراديوي للثقب الأسود على مدار ثلاثة عقود، تمكنوا من حساب سرعتها واتجاهاتها بدقة عالية.

أحد الاكتشافات الأكثر إثارة في هذه الدراسة طويلة الأمد هو مدى قدرة هذه المنارات الكونية على التغير. فالماسرات ليست نقاط ضوء ثابتة؛ بل هي ديناميكية وغالباً ما تكون فوضوية. وجد الفريق أن سطوع وسرعة السحب الغازية يتغيران بشكل كبير من سنة إلى أخرى. وفي حالة دراماتيكية واحدة، أصبح "ماسر" مرتبط بنجم يُدعى (IRS 7) فجأة أكثر سطوعاً بثلاثين ضعفاً في اتجاه معين منذ عام 2022، وهو تغير لم يُرَ في العقود السابقة. وهذا التباين هو سلاح ذو حدين؛ فبينما يثبت أن الكون مكان حيوي، فإنه يضع أيضاً حداً لمدى مثالية قياس العلماء لموقع النجم نفسه. فإذا تحرك الغاز المتوهج حول النجم، فقد لا يتطابق الموقع المقاس لـ "الضوء" مع موقع مركز النجم. ووجد الباحثون أنه بالنسبة لبعض النجوم، يخلق هذا التحرك الطبيعي حداً أدنى لدقة القياس، مما يعني أنه حتى مع وجود أدوات مثالية، هناك قدر صغير من عدم اليقين لا يمكن إزالته.

على الرغم من هذه التقلبات، فإن الصورة العامة التي ظهرت هي صورة من الاستقرار الملحوظ. فقد حسب الفريق أن متوسط موقع مجموعة "الماسرات" بالنسبة للثقب الأسود معروف بدقة تصل إلى 0.08 مللي ثانية قوسية اليوم. ولوضع هذا في الاعتبار، إذا كنت تنظر إلى شعرة بشرية من مسافة 10 كيلومترات، فإن هذا المستوى من الدقة سيسمح لك بقياس عرضها. ومع مرور الوقت وجمع المزيد من البيانات، سيتقلص عدم اليقين هذا أكثر، مما يسمح للعلماء برصد أدق التذبذبات في مدارات النجوم. وهذه التذبذبات بالغة الأهمية لأنها قد تكشف عن التأثيرات الدقيقة لدوران الثقب الأسود أو وجود تجمع كثيف من الأجسام المظلمة وغير المرئية مثل النجوم الميتة أو الثقوب السوداء المختبئة في مكان قريب. ومع ذلك، فإن قياس الالتواء المحدد في الزمكان الناتج عن دوران الثقب الأسود (مبادرة لنس-تيرنج) يتطلب نجوماً في مدارات ذات مسافات قريبة جداً من المركز (pericenter)، وهي مدارات يتم اكتشافها للتو.

كما قارنت الدراسة هذه الخريطة الجديدة القائمة على الراديو بخريطة مختلفة تم إنشاؤها باستخدام التلسكوبات البصرية ومرصد "غايا" (Gaia) الفضائي. وبينما تتفق الخريطتان بشكل عام، وجد الباحثون اختلافاً صغيراً ولكن جوهرياً في كيفية محاذاة المواقع. يشير هذا التباين إلى أنه لا تزال هناك أخطاء منهجية دقيقة في فهمنا للمنطقة أو في الأدوات المستخدمة لرصدها. وهو تذكير بأنه حتى مع ثلاثين عاماً من البيانات، فإن العمل لم ينتهِ بعد. ويشير الفريق إلى أنه للحفاظ على حدة هذا الإطار المرجعي وفائدته للجيل القادم من التجارب، فسيحتاجون إلى مراقبة هذه "الماسرات" مرة أخرى في غضون خمس سنوات تقريباً. فبدون هذه التحديثات، ستنزاح الخريطة ببطء وتصبح أقل دقة مع استمرار النجوم في رحلاتها الطويلة حول مركز المجرة.

في نهاية المطاف، توفر هذه الورقة البحثية الأساس للحقبة القادمة من الاستكشاف المجري. فمن خلال تأكيد استقرار الإطار المرجعي وتحديد حدوده، منح الباحثون المجتمع العلمي أداة موثوقة لسبر أغوار البيئة الأكثر تطرفاً في مجرتنا. إن الدقة التي تحققت هنا كافية لاكتشاف التأثيرات الجاذبية الضئيلة التي تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين، بشرط تحديد ومراقبة النجوم ذات المدارات القريبة بما يكفي. وبينما يتطلع الفريق نحو ثلاثينيات القرن الحالي، فإنهم يتوقعون أنه مع الاستمرار في المراقبة، سيكون بمقدورهم قياس تسارع هذه النجوم، وهو إنجاز سيسمح لهم أخيراً بوزن الثقب الأسود بيقين مطلق، وربما كشف أسرار المادة المظلمة التي تحيط به.