በአጽናፈ ዓለም ውስጥ እጅግ ብሩህ የሆኑት አካላት እና የኃይል ምንጫቸው

ይህ ምስል የሚያሳየው በማዕከላዊ ግዙፍ ጥቁር ቀዳዳ ከፍተኛ የስበት ኃይል ተጽዕኖ የተነሳ፣ በአቅራቢያው ያለ ኮከብ ወደ ውስጥ ሲሳብ (Tidal Disruption) የሚፈጠርበትን ሂደት ነው። የምስል ምንጭ/Image Credit: Zwicky Transient Facility / Caltech

ስለ ጋላክሲ ስናስብ አብዛኛውን ጊዜ ወደ አእምሮ የሚመጣው በስበት ኃይል ተጣብቀው የሚገኙ የቢሊዮኖች ከዋክብት፣ የጋዝ እና የአቧራ ስብስብ ነው፤ እንደ አንድሮሜዳ ያሉ ጠመዝማዛ ወይም ደግሞ ኤሊፕቲካል ቅርፅ ያላቸው ጋላክሲዎች። በአንድ መደበኛ ጋላክሲ ውስጥ የምናየው አብዛኛው ብርሃን የሚመጣው ከከዋክብት ነው። በነዚህ ከዋክብት ውስጥ የሚካሄደው የኒውክሌር ውህደት (Nuclear fusion) ለጋላክሲው የኃይል ምንጭ ሲሆን፣ በጋላክሲው ውስጥ ያሉ ሰፋፊ የጋዝ ደመናዎች ደግሞ በቢሊዮኖች በሚቆጠሩ ዓመታት ውስጥ ቀስ በቀስ እየተሰበሰቡ አዳዲስ ከዋክብትን ይፈጥራሉ። ይህም በከዋክብት የሕይወት ዑደት የሚመራ፣ መደበኛ እና ተገማች የሆነ ሂደት ነው።

አክቲቭ ጋላክቲክ ኑክለይ (AGN) ምንድነው?

በሁለንተና ውስጥ ካሉት በትሪሊዮን የሚቆጠሩ ጋላክሲዎች መካከል አብዛኞቹ በማዕከላቸው ከአንድ ሚሊዮን የፀሐይ ግዝፈት በላይ ያላቸው ግዙፉ ጥቁር ቀዳዳ (SMBHs) እንደያዙ በሰፊው ይታመናል። ግዙፉ ጥቁር ቀዳዳ ስንል የአንድ ግዙፍ ኮከብ የሕይወት ፍጻሜ ከሚፈጠሩት መደበኛ የኮከብ ጥቁር ቀዳዳዎች (Stellar-mass black holes) ጋር የተለዩ እና በሚሊዮኖች እና በቢሊዮኖች የሚቆጠር የፀሐይ ግዝፈት ያላቸው እንዲሁም እጅግ ግዙፍ የስበት መስክ ያላቸውና የጋላክሲዎችን ዝግመተ-ለወጥ በማዕከልነት የሚመሩ የጠፈር አካላት ናቸው።

በሁለንተና ዉስጥ ከሚገኙ ጋላክሲዎች ከ 99% በላይ የሚሆኑት ንቁ ያልሆኑ ናቸው። ነገር ግን፣ በጥቂት ጋላክሲዎች ውስጥ በማዕከል የሚገኘው ግዙፉ ጥቁር ቀዳዳ ንቁ በመሆን፣ ማዕከሉ ከመደበኛ ጋላክሲዎች እጅግ በጣም የበዛ ኃይል እንዲያመነጭ ያደርጋል። በዚህም ምክንያት በአነዚህ ጋላሲዎች አብዛኛው ብርሃን የሚመጣው ከከዋክብት የመሆኑ እውነታ ሙሉ በሙሉ ይለወጣል። እነዚህ ጋላክሲዎች ንቁ ጋላክሲዎች (Active galaxies) በመባል የሚታወቁ ሲሆኑ አንድ ጋላክሲ ንቁ ተብሎ የሚመደበው፣ ማዕከላዊ አካባቢው በከዋክብት ብቻ ሊመረት የማይችል እጅግ በጣም ከፍተኛ መጠን ያለው ኃይል ሲያመነጭ ነው። ይህ እጅግ ብሩህ የሆነ ማዕከል ደግሞ አክቲቭ ጋላክቲክ ኑክለየስ (AGN) በመባል ይታወቃል።

አክቲቭ ጋላክቲክ ኑክለይ በአምስት የፊዚክስ ባህሪያት ሊገለጹ ይችላሉ፡

1. እጅግ ከፍተኛ የብርሃን መጠን: እስከ 1048 erg/s የሚደርስ የኃይል መጠን የሚያመነጩት ኤ.ጂ.ኤን፣ በአጽናፈ ዓለም ውስጥ ካሉ እጅግ ኃያላን እና የማያቋርጥ የብርሃን ምንጮች መካከል ይጠቀሳሉ። ይህ እጅግ አስደናቂ ብሩህነታቸው እጅግ ሩቅ ከሆኑ የጠፈር ክልሎች አልፎ እስከ ከፍተኛ ሬድሺፍት (z ~ 10) ድረስ በግልጽ እንዲታዩ ያደርጋቸዋል፤ ይህም ሁለንተና በተፈጠረ በጥቂት መቶ ሚሊዮን ዓመታት ውስጥ የነበረውን የመጀመሪያውን የጠፈር ዘመን እንድናጠና ትልቅ እድል ይሰጠናል።

2. ጥቅጥቅ ያለ የኃይል ልቀት ክልል: ኤ.ጂ.ኤን ሙሉውን ጋላክሲ የሚበልጥ ብርሃን የሚያመነጭ ቢሆንም፣ ይህ ሁሉ ኃይል የሚመነጨው እስከ ሰብ-ፓርሴክ ወይም ሚሊፓርሴክ በሚወርድ እጅግ አነስተኛ ቦታ ውስጥ ነው፤ ይህም ከፍተኛ የሆነ የኃይል ክምችትና ጥግግት እንዲኖር ያደርጋል።

3. ሰፊ የኤሌክትሮማግኔቲክ ስፔክትረም: ጠበብ ባለ ሞገድ ላይ ብቻ የሙቀት ጨረር ከሚያመነጩት ከዋክብት በተለየ፣ ኤ.ጂ.ኤን በሁሉም የሞገድ ዓይነቶች የተዘረጋ የጨረር ልቀት ያመነጫሉ

4. ጠንካራ እና ሰፊ የኒውክሌር ልቀት መስመሮች፡ በአልትራቫዮሌት እና በኦፕቲካል ሞገዶች ውስጥ፣ የኤ.ጂ.ኤን ስፔክትራ ወይም የብርሃን መጠን እንደየሞገድ ርዝመቱ ተለያይቶ የሚቀርብበት ግራፍ ጎልተው የሚታዩ የብርሃን መስመሮች ይገኛሉ፤ እነዚህም በማዕከሉ የስበት መስክ ውስጥ በእጅግ ከፍተኛ ፍጥነት በሚንቀሳቀሱ ጋዞች ምክንያት የሚፈጠሩ ጠባብ እና ሰፊ (Doppler-broadened) መስመሮች ናቸው።

5. በሁሉም የሞገድ ርዝመቶች የሚታይ ተለዋዋጭነት: ኤ.ጂ.ኤን በተፈጥሯቸው ተለዋዋጭ በመሆናቸው በሁሉም የሞገድ ዓይነቶች ላይ በግልጽ የሚታይ የብርሃን መጠን ለውጥ ያሳያሉ። እነዚህ ልዩነቶች በኤክስ-ሬይ ከደቂቃዎች እስከ ሰዓታት፣ እንዲሁም በኦፕቲካል እና በሬዲዮ ሞገዶች እስከ ዓመታት በሚደርስ የጊዜ ገደብ ውስጥ የሚከሰቱ ናቸው።

ESSS Classic Sticker Pack

Get Yours

የኤ.ጂ.ኤን መዋቅራዊ ክፍሎች 

በመደበኛው  ኤ.ጂ.ኤን ሞዴል (Standard Unified Model) መሠረት፣ ኤ.ጂ.ኤኖች በውስጣቸው የሚከተሉትን መሠረታዊ መዋቅራዊ አካላት ያካትታሉ።

• ግዙፉ ጥቁር ቀዳዳ (Supermassive Black Hole - SMBH): በማዕከሉ የሚገኝ ሲሆን፣ መጠኑ ከ 106 እስከ 1010 የሚደርስ የፀሐይ ግዝፈት ያለው ሲሆን፣ አጠቃላይ የኤ.ጂ.ኤን  ሥርዓቱን በስበት ኃይሉ የሚመራውና የኃይል ምንጩ የሆነው ዋና ማዕከላዊ ሞተር ነው።

• አክሬሽን ዲስክ (Accretion Disk): ወደ ብላክ ሆሉ የሚስበው ቁስ ጠፍጣፋና የሚሽከረከር ዲስክ ይፈጥራል። በዲስኩ ውስጥ ያለው ፍትጊያ የስበት ኃይልን ወደ ሙቀት ጨረር በመቀየር በኦፕቲካል፣ አልትራቫዮሌት እና ኤክስ-ሬይ ሞገዶች በከፍተኛ ሁኔታ እንዲበራ ያደርጋል።

• ብሮድ ላይን ሪጅን (Broad Line Region - BLR): ወደ አክሬሽን ዲስኩ ቀረብ ብለው የሚገኙ ከፍተኛ ጥግግት ያላቸው የጋዝ ደመናዎች ክልል ሲሆን፣ የጋዞቹ ከፍተኛ የጉዞ ፍጥነት (ከ $1,000 \text{ km/s}$ በላይ) በሚወጡት የስፔክትራል መስመሮች ላይ ሰፊ የዶፕለር ስፋት (Doppler broadening) ይፈጥራል።

• የአቧራማው ቶረስ (Obscuring Dust Torus): ማዕከላዊውን ሞተር ከአንድ እስከ አሥር ፓርሴክ ርቀት ላይ የሚከብ የዶናት ቅርጽ ያለው የጋዝ እና የስቴስ አቧራ (ከሃይድሮጅን እና ሄሊየም ውጭ ያሉትን እንደ ካርቦን፣ ኦክስጅን፣ ሲሊኮን እና ብረት ያሉትን ንጥረ ነገሮች ) መዋቅር ነው። ቶረሱ በቀጥታ የሚመጣውን የኦፕቲካል እና UV ብርሃን የሚጋርድ ሲሆን፣ የተቀበለውን የUV ጨረር በኢንፍራሬድ መልክ መልሶ ያመነጫል።

• ናሮው ላይን ሪጅን (Narrow Line Region - NLR): በማዕከሉ በስተውጭ ራቅ ብለው የሚገኙ አነስተኛ ጥግግት ያላቸው የጋዝ ደመናዎች ናቸው (10 pc እስከ በርካታ kpc)። የጋዞቹ ፍጥነት አነስተኛ በመሆኑ የሚያመነጯቸው የስፔክትራል መስመሮች ጠባብ (<1000 km/sናቸው)።

• ሬላቲቪስቲክ ጄቶች (Relativistic Jets): በጥቂት ኤ.ጂ.ኤን (እስከ 10\% በሚሆኑት) ውስጥ፣ በከፍተኛ ፍጥነት የሚጓዙ የፕላዝማ ጄቶች ከዲስኩ ጋር ቀጥተኛ በሆነ አቅጣጫ በማግኔቲክ መስመሮች አማካኝነት ወደ ውጭ የሚረጩ ሲሆን፣ በሬዲዮ ሞገዶች እስከ ሜጋፓርሴክ ርቀት ይዘረጋሉ። እነዚህ ጄቶች በሬዲዮ ሞገዶች ጎልተው የሚታዩ ሲሆን፣ ከጋላክሲው አልፈው እስከ በርካታ ሜጋፓርሴክ (በርካታ ሚሊዮን የብርሃን ዓመታት) ርቀት ድረስ ሊዘረጉ ይችላሉ።

Related ዛሬ ሌሊት በኢትዮጵያ ሰማይ ላይ የሚስተናገደው አስደናቂው የጨረቃ ግርዶሽ

የኤ.ጂ.ኤን ዓይነቶች 

የታሪክ አጋጣሚ ሆኖ የኤ.ጂ.ኤን ምደባ የመመልከቻ ዘዴዎች ላይ የተመሰረተ ነበር (ኦፕቲካል ስፔክትራ፣ የሬዲዮ ጥናቶች ወይም ኤክስ-ሬይ)። በተዋሃደው ሞዴል መሠረት ግን አብዛኛዎቹ የመመልከቻ ልዩነቶች የሚመጡት ከእኛ የመመልከቻ አቅጣጫ (orientation effects) በተለይም ቶረሱ የብሮድ ላይን ሪጅኑን ይጋርደው አይጋርደው በሚለው እና ከጄቱ ኃይል መጠን ነው።

1. የኦፕቲካል/ስፔክትሮስኮፒክ ምደባ

ኤ.ጂ.ኤኖች በስፔክትረም ባህሪያቸው እና ከቶረሱ አንጻር ባላቸው የእይታ አቅጣጫ (orientation) መሠረት በሁለት ዋና ዋና ክፍሎች ይከፈላሉ። የመጀመሪያው ታይፕ 1 ኤ.ጂ.ኤን (Type 1 AGN) በመባል የሚታወቅ ሲሆን፣ ከቶረሱ አንጻር በቀጥታ ከላይ ወይም ከታች ስለሚታዩ የአክሬሽን ዲስኩ ብርሃን አይጋረድም፤ በዚህም ምክንያት ስፔክትራቸው ከማዕከሉ ከሚወጣው ብሩህ ብርሃን ጋር አብሮ ሁለቱንም ሰፊ እና ጠባብ የልቀት መስመሮች ያሳያል። በአንጻሩ ታይፕ 2 ኤ.ጂ.ኤን (Type 2 AGN) በጎን በኩል (edge-on) የሚታዩ በመሆናቸው፣ ቶረሳቸው ማዕከላዊውን ብርሃን እና ብሮድ ላይን ሪጅኑን ሙሉ በሙሉ ይጋርደዋል፤ በመሆኑም በስፔክትረማቸው ላይ በስተውጭ በሚገኘው ናሮው ላይን ሪጅን የሚመረቱትን ጠባብ የኢሚሽን መስመሮች ብቻ ማየት ይቻላል።

2. የሬዲዮ ሞገድ ምደባ 

ኤ.ጂ.ኤኖች በሬዲዮ ሞገድ ልቀት መጠናቸው እና ኃይለኛ ጄቶችን የመፍጠር ብቃታቸው መሠረት በሁለት ዋና ዋና ክፍሎች ይከፈላሉ። አብዛኞቹ ኤ.ጂ.ኤኖች፣ ማለትም በግምት 90% የሚሆኑት፣ ጭምት-ሬዲዮ ኤ.ጂ.ኤን (Radio-Quiet AGN) በሚለው ምድብ ስር የሚካተቱ ሲሆን፣ እነዚህ ግዙፍና ኃይለኛ ሬላቲቪስቲክ ጄቶች የሏቸውም፤ እንዲሁም የሬዲዮ ሞገድ ልቀታቸው ከኦፕቲካል እና ኤክስ-ሬይ ጨረራቸው ጋር ሲነጻጸር እጅግ ዝቅተኛ ነው። በአንጻሩ በጥቂቶቹ፣ ማለትም በግምት 10% በሚሆኑት ብቻ የሚታዩት ኃይለኛ ሬዲዮ-አመንጪ ኤ.ጂ.ኤን (Radio-Loud AGN) ደግሞ ከአክሬሽን ዲስኩ አክሲስ ጋር ቀጥተኛ በሆነ አቅጣጫ ኃይለኛ ሬላቲቪስቲክ ጄቶችን ወደ ውጭ የሚረጩ ሲሆን እስከ ሜጋፓርሴክ ርቀት የሚዘረጉ ግዙፍ የሬዲዮ ሎቦችን ይፈጥራሉ ።

ክዋዛሮች (Quasars) እጅግ ከፍተኛ የሆነ የብርሃን መጠን (እስከ 1045 erg/s) የሚያመነጩ የኤ.ጂ.ኤን ሲሆኑ፣ የብርሃናቸው ጥንካሬ የሚያቅፏቸውን ጋላክሲዎች ሙሉ በሙሉ ደብዝዘው እንዲታዩ ያደርጋቸዋል። በአንጻሩ ብሌዛሮች (Blazars) ደግሞ ሬላቲቪስቲክ ጄታቸው በቀጥታ ወደ እኛ ምልከታ አቅጣጫ የተቃጣ ኃይለኛ ሬዲዮ-አመንጪ ኤ.ጂ.ኤኖች ሲሆኑ፣ በጄቱ አቅጣጫ ምክንያት በሚፈጠረው ጠንካራ የዶፕለር ቡስቲንግ (Doppler boosting) ሳቢያ ፈጣን የብርሃን ተለዋዋጭነት እና ከፍተኛ የጋማ-ሬይጨረር ልቀት ያሳያሉ።

ESSS Color Sticker Pack

Get Yours

የኤ.ጂ.ኤን ግብረ-መልስ (AGN Feedback)

የኤ.ጂ.ኤን ፊድባክ ማለት በጋላክሲ ማዕከል የሚገኝ ግዙፍ ጥቁር ቀዳዳ ወደ አካባቢው ጋላክሲ ኃይል የሚለቅበት እና የራሱን እድገት እንዲሁም የጋላክሲውን የከዋክብት አመራረት የሚቆጣጠርበት ሂደት ነው። በጋላክሲዎች ዝግመተ-ለወጥ ውስጥ የኤ.ጂ.ኤን ግብረ-መልስ በሁለት ተቃራኒ መንገዶች በኮከብ ምስረታ ላይ ተፅዕኖ ያሳድራል፦

• አሉታዊ ግብረ-መልስ (Negative Feedback)፦ እጅግ የተለመደው የግብረ-መልስ ዓይነት ሲሆን፣ የኮከብ ምስረታ ሂደትን ይገታል ወይም ያቆማል። ኤ.ጂ.ኤኑ በሚረጨው ከፍተኛ ኃይል እና ጄቶች አማካኝነት ጋላክሲ ውስጥ የሚገኘውን ቀዝቃዛ ጋዝ በማሞቅ ወይም ከጋላክሲው ጠርጎ ወደ ውጭ በማስወጣት አዲስ ከዋክብት እንዲፈጠሩ የሚያስፈልገውን ጥሬ ዕቃ ያጠፋል።

• አወንታዊ ግብረ-መልስ (Positive Feedback)፦ አወንታዊ ግብረ-መልስ የኮከብ ምስረታ ሂደትን ያፋጥናል/ያነሳሳል። ከኤ.ጂ.ኤኑ የሚወጡት ኃይለኛ ጄቶች ወይም ንፋሶች ከጋላክሲው ቀዝቃዛ የጋዝ ደመናዎች ጋር ሲጋጩ፣ ጋዙን በመጭመቅ የጋዝ እፍጋቱ እንዲጨመር ያደርጋሉ፤ ይህም ጋዙ በፍጥነት በራሱ ስበት አማካኝነት አዳዲስ ከዋክብት እንዲፈጠሩ ያመቻቻል።

Related Probing the Universe with gravitational waves

ያልተፈቱ ሳይንሳዊ እንቆቅልሾች

በዘመናዊ አትሮፊዚክስ እና ኮስሞሎጂ ውስጥ ስለ ኤ.ጂ.ኤን ባለን እውቀት ላይ በርካታ መሠረታዊ ጥያቄዎችና ያልተፈቱ ምሥጢራት አሁንም ምላሽ ይሻሉ። ዋና ዋናዎቹ የኤ.ጂ.ኤን ሳይንሳዊ እንቆቅልሾች የሚከተሉት ናቸው፦

• የዶሮው እና የእንቁላሉ እንቆቅልሽ፡  ቀድሞ የተፈጠረው የትኛው ነው፡ ግዙፉ ጥቁር ቀዳዳ ወይስ ጋላክሲው? ግዙፍ ጥቁር ቀዳዳዎች መጀመሪያ በትንሹ ተፈጥረው ከጋላክሲው ጋር አብረው አደጉ ወይስ አስቀድመው በመፈጠር ጋዝን ወደራሳቸው ስበው ጋላክሲው እንዲፈጠር አደረጉ?

• የጥንታውያን ጥቁር ቀዳዳዎች እንቆቅልሽ አጽናፈ ዓለም ዕድሜው ከ1 ቢሊዮን ዓመት በታች በነበረበት ጊዜ፣ የቢሊዮን ፀሐዮችን ያህል ግዝፈት ያላቸው ጥቁር ቀዳዳዎች እንዴት ሊፈጠሩ ቻሉ? እንደ ጄምስ ዌብ (JWST) ያሉ የጠፈር ቴሌስኮፖች በጣም በጥንታዊው የአጽናፈ ዓለም ዘመን የነበሩ እጅግ አንጸባራቂ AGNዎችን አግኝተዋል። በነባሩ የፊዚክስ ሕግ መሠረት ጥቁር ቀዳዳዎች በዚያ አጭር ጊዜ ውስጥ ቁስ በመዋጥ ያን ያህል ግዙፍ ሊሆኑ አይችሉም። ታዲያ ያን ያህል በፍጥነት እንዲያድጉ ያስቻላቸው ያልተገለጠ ምስጢር ምንድን ነው?

• የስፋት እና የፍጥነት እንቆቅልሽ (የፓርቲክል ፈጣን ተኳሽ) የAGN ጄቶች (Jets) ቅንጣቶችን (Particles) እስከ ብርሃን ፍጥነት በሚቀራረብ ደረጃ በሚሊዮኖች የሚቆጠሩ የብርሃን ዓመታት ርቀት ላይ እንዴት ሊረጩቻሉ? ማግኔቲክ መስኮች እነዚህን ጄቶች እንደሚገፈትሩ ብናውቅም፣ ቅንጣቶችን ለዚህ ከፍተኛ ኃይል የሚዳርጋቸው ትክክለኛው የፊዚክስ ሂደት እስከ አሁን ሙሉ በሙሉ አልተደረሰበትም።

በአጠቃላይ፣ እነዚህን የኤ.ጂ.ኤን ያልተፈቱ እንቆቅልሾች መፍታት ስለ ማዕከላዊ ጥቁር ቀዳዳዎች ተፈጥሮ ብቻ ሳይሆን፣ ስለ መላው አጽናፈ ዓለም አፈጣጠር እና ዝግመተ-ለወጥ ያለንን እውቀት ሙሉ በሙሉ የመቀየር አቅም አለው።