الثقوب السوداء: أحلك الأشياء في الكون

بالعربي/ الثقوب السوداء هي مناطق من الفضاء يكون فيها الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء – ولا حتى الضوء – الهروب. بدلاً من الفضاء الفارغ ، فإن الثقوب السوداء مليئة بالمادة التي يتم ضغطها في مساحة صغيرة. 

من اكتشف الثقوب السوداء؟

اكتشف الفيزيائي كارل شوارزشيلد الثقوب السوداء بالصدفة في عام 1916 ، عندما كان يكتشف حلًا معينًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. كان يحاول إيجاد حل لجاذبية كرة واحدة منفردة متماثلة من المادة – مثل الشمس في مركز نظامنا الشمسي. لكن هذا الحل احتوى على ميزة غريبة: تصرفت النظرية بشكل غريب في نصف قطر معين ، يُعرف اليوم باسم نصف قطر شوارزشيلد.

وقد أدرك لاحقًا سبب تميز هذا الشعاع. إذا ضغطت كتلة جسم في مساحة أصغر من نصف القطر هذا ، فإن جاذبيته ستطغى على كل قوة معروفة ولن يتمكن أي شيء من الهروب. افترض الفيزيائيون الأوائل أن هذا الموقف لن يوجد أبدًا في الطبيعة. ولكن في أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي ، أصبح من الواضح أن الطبيعة يمكن أن تسمح بالفعل للثقوب السوداء بالوجود عندما وجد الفيزيائي الهندي سوبرامانيان شاندراسيخار Subrahmanyan Chandrasekhar أنه فوق كثافة معينة ، لا يمكن لأي قوة أن تطغى على الجاذبية. ومع ذلك ، لا يمكن أن تتكون الثقوب السوداء إلا في ظل أشد الظروف قسوة.

كيف تتشكل الثقوب السوداء؟

تنتج النجوم الضوء والحرارة بسبب المحركات الموجودة في قلبها حيث تحدث عملية تسمى الاندماج النووي . هناك ، تندمج ذرتان خفيفتان معًا لتكوين ذرة أثقل ، وهي عملية تطلق الطاقة. ثم تندمج هذه الذرات الأثقل لتكوين ذرات أثقل ، وهكذا للحفاظ على تخليق النجم للضوء والحرارة. 

على هذا النحو ، عندما تكون النجوم أكبر بثمانية أضعاف من شمسنا قرب نهاية حياتها ، فإنها تدمج العناصر الأثقل والأثقل في نواتها ، مثل السيليكون والمغنيسيوم . في النهاية يبدأون في تكوين الحديد. المشكلة؟ يتطلب اندماج الحديد طاقة أكثر مما ينتج عن هذا التفاعل ، وبالتالي لا شيء في هذه المرحلة يمكن أن يوازن الجاذبية الداخلية لكتلة النجم. وهكذا ينهار النجم الضخم على نفسه. مع كل هذا الوزن الثقالي الساحق ، يتم ضغط قلب النجم خارج نصف قطر شوارزشيلد ، وعند هذه النقطة يتشكل ثقب أسود.

نظرًا لعدم وجود قوة معروفة يمكنها إيقاف الانهيار ، فبمجرد أن تشكل المادة ثقبًا أسود ، فإنها تستمر في الضغط عليها حتى تصبح مفردة – نقطة كثافة لا نهائية. يحيط بهذا التفرد أفق الحدث ، الحد الكروي غير المرئي الذي يميز مدخل الثقب الأسود. بمجرد أن يتجاوز أي شيء أفق الحدث ، لا يمكنه المغادرة أبدًا. من أجل الهروب ، يجب أن يسافر المرء أسرع من سرعة الضوء ، وبما أنه لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من سرعة الضوء ، فإن وجبة الثقب الأسود محكوم عليها بالفشل.

تتشكل الثقوب السوداء الهائلة ، التي تبلغ كتلتها ملايين أضعاف كتلة الشمس ، على مدى مئات الملايين من السنين عن طريق التغذي على المواد من حولها والاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى.

ماذا يحدث داخل الثقب الأسود؟

الثقوب السوداء ليست سوى مساحة فارغة. في الداخل ، يمكن للمرء أن يجد أحمالًا وأحمالً من الكتلة تنضغط إلى نقطة صغيرة جدًا. إن جاذبية تلك التفرد ستحمل حتمًا أي كتلة باتجاهها. بغض النظر عن الاتجاه الذي تواجهه أو مدى صعوبة مقاومتك ، نضمن لك الوصول إلى التفرد في فترة زمنية محدودة ، كما أوضح JILA ، وهو معهد مشترك لجامعة كولورادو بولدر والمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

لا يعرف الفيزيائيون ما يحدث عند التفرد. إنها بيئة قاسية لدرجة أن كل معرفتنا الحالية بالفيزياء تنهار.

كيف يعرف العلماء أن الثقوب السوداء حقيقية؟

على الرغم من عدم وجود نظرة ثاقبة على الأجزاء الداخلية للثقب الأسود ، إلا أن علماء الفيزياء يعرفون بالفعل وجود الثقوب السوداء. أوضحت ناسا أن الدليل الأول جاء في شكل Cygnus X-1 ، وهو مصدر ساطع للأشعة السينية على بعد حوالي 6000 سنة ضوئية . كشفت ملاحظات هذا النظام عن رفيق صغير ، كثيف ، مظلم – ثقب أسود – ينسحب من الغلاف الجوي لرفيق يدور حوله. لا يستطيع علماء الفلك رؤية الثقب الأسود نفسه ، ولكن عندما يسقط الغاز في النهاية ، فإنه يسخن ويصدر طاقة على شكل أشعة سينية .

ما هو حجم الثقوب السوداء؟

تبلغ كتلة الثقب الأسود في Cygnus X-1 حوالي 20 ضعف كتلة الشمس ، وهو أمر نموذجي جدًا للثقوب السوداء في جميع أنحاء الكون. ذكرت وكالة ناسا أن العلماء حددوا في مجرتنا ما بين 10 ملايين ومليار ثقب أسود ، أقرب ثقب أسود معروف هو Cygnus X-1 ، الذي يتربص على بعد أكثر من 6000 سنة ضوئية (على الرغم من وجود ثقوب سوداء غير مؤكدة قريبة من بعضها) على بعد 1000 سنة ضوئية).Advertisement

ولكن في مركز مجرة ​​درب التبانة – وفي وسط كل مجرة ​​أخرى تقريبًا – يوجد وحش ، ثقب أسود هائل. الثقوب السوداء الهائلة أكبر بملايين المرات من كتلة الشمس ، ويمكن أن يصل بعضها إلى مئات المليارات من المرات كتلة أكبر من الشمس. تصل هذه العمالقة إلى أحجام هائلة من خلال التغذي على المادة المحيطة والاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى على مدار مئات الملايين من السنين.

كيف تبدو الثقوب السوداء؟

الثقوب السوداء ليست سوى ذلك ، فهي “سوداء” من حيث أنها لا تصدر أي ضوء. ، لكن لا يزال بإمكان علماء الفلك اكتشافها من خلال تأثيرات الجاذبية التي تحدثها على الأجسام الأخرى وعاداتهم الغذائية الفوضوية. 

بالنسبة لبعض الثقوب السوداء ، وخاصة الثقوب فائقة الكتلة ، يمكن لعلماء الفلك رؤيتها بسبب الكوازارات التي تنتجها. النجوم الزائفة هي مصادر مضيئة بشكل مكثف للانبعاثات الراديوية. عندما تسقط المادة على ثقب أسود ، تنضغط وتسخن في نسخة مطورة من Cygnus X-1. قالت ناسا إن قرص المواد المحيطة بالثقب الأسود يمكن أن يتوهج أكثر سطوعًا من مجرته المضيفة بأكملها ، وهو قادر على إطلاق نفاثات من الجسيمات فائقة التسخين وسرعة الضوء تقريبًا لعشرات الآلاف من السنين الضوئية .Advertisement

هناك طريقة أخرى “لرؤية” الثقوب السوداء وهي عندما تندمج. عندما يصطدم ثقبان أسودان ، فإنهما يرسلان تموجات في الزمكان المعروفة باسم موجات الجاذبية. هذه الموجات ضعيفة بشكل لا يصدق ، لكن الأجهزة الحساسة على الأرض قادرة على اكتشافها. حتى الآن ، حدد علماء الفلك 50 حدثًا من أحداث اندماج الثقوب السوداء.

ظهرت “الصورة” الحقيقية الوحيدة للثقب الأسود التي تم إنشاؤها على الإطلاق في عام 2019 ، عندما استخدم علماء الفلك تلسكوب Event Horizon – وهو عبارة عن شبكة من الأطباق تمتد عبر الأرض بأكملها – لالتقاط صورة لهذا القرص المضاء من المواد التي تدور حول أسود. حفرة تسمى M87 * ، ذكرت Live Science في ذلك الوقت. كان وزن M87 * ، الذي يزن 3 مليارات ضعف وزن الشمس ويجلس في مجرة ​​على بعد أكثر من 50 مليون سنة ضوئية ، مثل كعكة برتقالية مشوهة في تلك الصورة. نظرًا لأنه من المستحيل التقاط صورة للثقب الأسود نفسه (لأنه لا يمكن للضوء الهروب) ، فإن ما رآه علماء الفلك بدلاً من ذلك هو “الظل” ، الثقب الموجود في المادة المتوهجة المحيطة به.

ماذا لو وقعت في ثقب أسود؟

إنه لأمر جيد أن تكون أقرب الثقوب السوداء على بعد آلاف السنين الضوئية منا. من مسافة بعيدة ، تتصرف الثقوب السوداء مثل أي أجسام ضخمة أخرى في الكون. في الواقع ، إذا كنت تريد استبدال الشمس بثقب أسود كتلته الشمسية ، فإن مدار الأرض سيبقى كما هو تمامًا (ستموت جميع النباتات ، لكن هذه مشكلة مختلفة). لكن بالقرب من الثقب الأسود ، تكون قوى الجاذبية قوية جدًا لدرجة أنك ستمتد من رأسك إلى أخمص قدمك في خيط رفيع طويل من الجسيمات قبل أن تصل إلى أفق الحدث ، وهو مصير رهيب يُطلق عليه اسم “سباجيتيتيشن”.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com