ماذا يحدث عندما يصطدم ثقبان أسودان؟

لأول مرة ، لاحظنا نظرية عمرها 50 عاما من ستيفن هوكينج في العالم الطبيعي. قام علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كورنيل وجامعة ستوني بروك بتحليل بيانات موجات الجاذبية لثقبين أسودين متصاعدين. ما وجدوه في التصادم أثبت نظرية مساحة هوكينج: لا يمكن أن تتقلص مساحة أفق حدث الثقب الأسود.

عندما يتصاعد نظام الثقب الأسود الثنائي ، تتقلص مدارات الثقبين الأسودين ، ويبدأ النظام في إصدار موجات الجاذبية. يزداد معدل الانبعاثات مع تقلص المدارات أكثر واكتساب السرعة ، وعندما يحدث الاندماج أخيرا ، يبلغ انبعاث الموجة ذروته.

يصبح الثقبان الأسودان ثقبا أسود واحدا جديدا ، ووفقا لنظرية هوكينج ، يجب أن يكون هذا الثقب الأسود الجديد مساويا في المساحة للمساحة الإجمالية للثقبين الأسودين الأصليين. هذا هو بالضبط ما وجده الباحثون في بيانات الموجة للنظام المتصاعد المرصود.

“أظهر هوكينج أنه عندما تؤخذ التأثيرات الميكانيكية الكمومية في الاعتبار ، يمكن للثقب الأسود أن يقلل تلقائيا من مساحة سطحه بمرور الوقت عن طريق إصدار إشعاع”.

يقربنا هذا التأكيد من فهم تعقيدات وظائف الثقب الأسود ، كما يقول ريكاردو بينكو ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في نظرية فيزياء الطاقة العالية في جامعة كارنيجي ميلون. “يسمح لنا اكتشاف موجات الجاذبية باختبار الثقوب السوداء مباشرة (بدلا من مجرد استنتاج وجودها بشكل غير مباشر من خلال دراسة حركة الأجسام الأخرى من حولها).

لأطول وقت ، درسنا الثقوب السوداء كأجسام رياضية تتمتع بمجموعة رائعة من الخصائص (قانون منطقة هوكينج هو أحدها). نحن الآن في وضع يسمح لنا باختبار هذه الخصائص تجريبيا”.

وفقا لحسابات هوكينج ، إذا تغير الثقب الأسود في المنطقة ، فإن أفق الحدث الخاص به سوف يمتد أو يتقلص بالتوافق مع حجمه الجديد. أفق الحدث، وهو منطقة تأثير مجال جاذبية الثقب الأسود، هو نقطة اللاعودة لأي شيء – بما في ذلك الضوء – يدور حول الثقب الأسود. سيحتاج الجسم إلى التحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء من أجل الهروب.

يقول بينكو إن نظرية هوكينج تنطبق على الثقوب السوداء التي لاحظها مرصد الموجات الثقالية للتداخل الليزري (LIGO) – وهو زوج من المنشآت الأمريكية التي بنيت لدراسة موجات الجاذبية – والتي استخدم هؤلاء الباحثون عملها في النتائج التي توصلوا إليها. لكن نظرية هوكينج يمكن أن تنطبق على الثقوب السوداء الأخرى أيضا ، تلك التي تبدو للوهلة الأولى وكأنها تتحدى النظرية حتى تثبت أنها قابلة للتطبيق على مفهوم آخر افترضه الفيزيائي.

يقول بينكو: “أظهر هوكينج أنه عندما تؤخذ التأثيرات الميكانيكية الكمومية [مثل سلوك المادة دون الذرية والضوء] في الاعتبار ، يمكن للثقب الأسود أن يقلل تلقائيا من مساحة سطحه بمرور الوقت عن طريق انبعاث إشعاع”. تبخر الثقب الأسود ، المعروف أيضا باسم إشعاع هوكينج (انظر الشريط الجانبي) ، هو إشعاع كهرومغناطيسي نظري يتم طرده تلقائيا بواسطة الثقوب السوداء. لذا فإن نظرية مساحة هوكينج لها استثناء ، إشعاع هوكينج ، الذي يروج له هوكينج نفسه.

☢️ المعلومات الداخلية حول إشعاع هوكينج

اقترح في عام 1974 ، قد يتسبب إشعاع هوكينج في تقلص الثقب الأسود. قد تنقسم أزواج الجسيمات دون الذرية بالقرب من أفق الحدث ، مع هروب جسيم واحد – ربما فوتون أو نيوترينو – واختفاء آخر من الطاقة السلبية في الثقب الأسود.

هذا التدفق للطاقة السلبية يمكن أن يقلل في النهاية من كتلة الثقب الأسود حتى يختفي. وهذا يعني أن حجم الثقب الأسود يتناسب عكسيا مع درجة حرارته، فكلما كان الثقب الأسود أصغر، كلما كان أكثر دفئا.

—ديزي هيرنانديز

اكتشف LIGO أول إشارة موجة جاذبية في هذه الدراسة – وهي في الأساس تموج في الزمكان ناتج عن التفاعلات الكونية – في عام 2015. اكتشفوا أن الإشارة كانت نتاج ثقبين أسودين مدمجين (يسببان عادة موجات جاذبية أقوى) ، إلى جانب كمية هائلة من الطاقة التي تموج عبر استمرارية الزمكان.

افترض الباحثون أنه إذا صمدت نظرية منطقة هوكينج، فإن مساحة أفق الحدث للثقب الأسود الجديد الذي تم إنشاؤه من الاندماج لن تكون أصغر من إجمالي مساحة أفق الحدث للثقوب السوداء الأم.

لاختبار فرضيتهم ، قاموا بتقسيم بيانات موجة الجاذبية من النظام إلى قسمين – قبل الاندماج وبعد الاندماج – ثم قاموا بتحليل كلا القسمين لمعرفة كيفية مقارنة مناطق أفق الحدث الخاصة بهم.

ثم أعاد العلماء تحليل بيانات الموجة ووجدوا أن المنطقتين متماثلتان إحصائيا – لم تنخفض منطقة أفق الحدث الإجمالية بعد الاصطدام – ضمن هامش ثقة بنسبة 95 بالمائة.

المصدر / popularmechanics