بدون شك سيكون ستيفن هوكينج سعيدًا جدًا لرؤية الاهتمام المتزايد والتقدم في مجال العلوم المتعلقة بالثقوب السوداء. كان حلمه ورؤيته أن يكون قادرًا على فهم عمل الثقب الأسود، ورؤيته.
لقد لعب ستيفن هوكينج دورا جوهريا في إعادة تعريف الافتراضات الموجودة مسبقًا، وكان له دورا محوريا في ترسيخ الكثير من المعلومات المتعلقة بالثقوب السوداء. ما من أحد يسمع عن مصطلح الثقب الأسود إلا ويثير في عقله سلسلة من الأفكار التي تجعله يفكر فيها على أنها شيء مميت وربما كارثي، لكن جماله الحقيقي وقدرته لا تزال مجهولة. دعونا في هذه المقالة نحاول توضيح جزء بسيط من هذه المنطقة الممتدة من الكون.
سوبرنوفا
ما هو الثقب الأسود؟
الشيء الوحيد الذي حققته أفلام الخيال العلمي على مر السنين هو معنى الثقب الأسود. يشير الثقب الأسود عادةً إلى منطقة في الفضاء تكون فيها قوة الجاذبية هائلة جدا بحيث لا يمكن لأي مادة أو إشعاع كهرومغناطيسي الإفلات من جاذبيته. حتى الضوء لا يستطيع كسر هذه الحلقة التي تجعلنا غير قادرين على رؤيته.
إن السبب الأكثر شيوعًا وراء ولادة الثقب الأسود هو موت النجم. لذلك في حين أنه من المستحيل رؤية الثقوب السوداء، يتم استخدام تلسكوبات متقدمة جدًا لمراقبة بنية وسلوك النجوم التي يُعتقد أنها قريبة من أحد الثقوب السوداء، نظرًا لحقيقة أنها تتصرف بشكل مختلف عندما تكون بالقرب من هذا “العملاق الكوني”.
تاريخ الثقب الأسود
كانت الثقوب السوداء مجرد خيال وفضول لدى علماء الرياضيات لفترة طويلة، ففي بحث نشر في نوفمبر 1784، اقترح الفلكي ورجل الدين الإنجليزي جون ميشيل -للمرة الأولي في التاريخ- تصوره لوجود جسم ضخم جدا لدرجة أنه لا يسمح للضوء بأن يفلت منه.
وخَلُص ميشيل إلى أن مثل هذا الجسم سوف يتشكل عندما يتجاوز قطر النجم قطر الشمس بـ 500 مرة، وافترضت حساباته أن مثل هذا الجسم قد يملك كثافة الشمس نفسها، وأنه يمكن اكتشاف هذه الأجسام فائقة الحجم من خلال آثارها الجاذبية على الأجسام المرئية القريبة.
وظل هذا المفهوم سائدا إلى أن تنبأت النظرية النسبية العامة بأنه يمكن لكتلة مضغوطة بقدر معين أن تشوه “الزمكان” لتشكيل الثقب الأسود.
وخلال ستينيات القرن 20، أظهر العمل النظري تنبؤ النسبية العامة بالثقوب، وأثار اكتشاف نجوم نيوترونية بواسطة جوسلين بيل بورنيل في عام 1967 الاهتمام بالأجسام المدمجة المنهارة بالجاذبية بصفتها حقيقة فيزيائية فلكية ممكنة.
وفي 11 فبراير 2016، أعلن تحالف مرصد ليغو عن أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية، واعتبارا من ديسمبر 2018، عثر على 11 موجة من موجات الجاذبية التي نشأت من اندماج 10 ثقوب سوداء وموجة جاذبية واحدة ناتجة عن اندماج نجم نيوتروني ثنائي.
وفي العاشر من أبريل 2019، تم نشر أول صورة على الإطلاق لثقب أسود وما في جواره، وذلك في أعقاب القراءات التي حصل عليها تلسكوب أفق الحدث عام 2017 والمتعلقة بالثقب الأسود الهائل في مركز مجرة مسييه 87.
أكد روجر بنروز أن تكوين الثقب الأسود تنبؤ قوي للنظرية النسبية العامة
نظرية النسبية العامة والثقوب السوداء
تنبأت نظرية النسبية العامة، التي وضعها ألبرت آينشتاين، بوجود الثقوب السوداء منذ ما يربو على قرن. إذ افترضت أن أي كتلة مضغوطة بما يكفي كفيلة بأن تشوه الزمان والمكان لتشكيل ثقب أسود.
وقد وضع آينشتاين نظرية النسبية العامة لتفسير الجاذبية التي نراها بين الكتل، باعتبارها ناجمة عن انحناء في نسيج الزمان والمكان (الزمكان) رباعي الأبعاد، سببه وجود أجسام ضخمة. وهذا الانحناء يتحكم في حركة الأجرام في الفضاء.
ولكن الجاذبية في الثقوب السوداء تشتد بالقرب من مراكزها إلى حد تعجز معه معادلات آينشتاين عن تفسيرها. وفي الوقت الذي قد يبدو حجم الثقب الأسود ثابتا من الخارج، فإنه يتضخم وينمو من الداخل كلما سقطت فيه أجرام أو أشياء جديدة.
ولتبسيط الفكرة، تخيل أن الثقب الأسود قمع أو مخروط يتوسط لوحا مطاطيا ثنائي الأبعاد، يمثل نسيج الزمكان، بحسب نظرية آينشتاين. فإن القُمع سيزداد عمقا رويدا رويدا، دون أن يتمدد للخارج، حتى أن الأجسام التي تسقط فيه لن تصل قط إلى القاع. لكن الثقوب السوداء، في الواقع، تتمدد إلى الداخل من جميع الاتجاهات الثلاثة. ويحيط بها حد دائري يسمى “أفق الحدث” يمثل نقطة اللاعودة.
تأثير الأجسام الضخمة على الزمكان يشبه تأثير الكرة الثقيلة على قطعة قماش مشدودة
مكونات الثقب الأسود
(1) أفق الحدث الداخلي والخارجي – تلك حدود الثقب الأسود التي تختفي بعدها الكتلة. يمكن اعتبار أفق الحدث هو المحطة الأخيرة قبل أن تصبح الكيانات الفردية كتلة واحدة. هذا المفهوم اقترحه الفيلسوف جون ميشيل John Michell والذي يعتبر أول من اقترح وجود الثقوب السوداء وصاغه عالم فيزياء النسبية العامة ولفجانج ريندلر Wolfgang Rindler.
(2) التفردSingularity – تفرد الثقب الأسود هو نقطة واحدة في المكان والزمان حيث تتركز فيها كتلة الثقب الأسود. ينتج عن ذلك تفتت الذرات وانطوائها على نفسها مختزلة المسافات بين سطح الذرة ونواتها. اكتشفه الفيزيائي عزرا نيومان Ezra Newman.
الثقب الأسود مع أفق الحدث والسديم
كيف تتشكل الثقوب السوداء وما هو نطاق حجمها؟
بينما يجادل معظم العلماء بأن الثقوب السوداء الأولى ظهرت عندما بدأ الكون في التمدد، فإن الثقوب السوداء “النجمية” تتشكل عندما ينهار قلب نجم كبير على نفسه. ولكن، يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة ظهرت إلى الوجود في نفس وقت ظهور المجرات التي تشكل جزءًا منها.
الشيء الوحيد المشترك لمعظم الثقوب السوداء إن لم يكن كلها هو المسار الذي تسلكه بعد موت النجم الأم. عندما يصل وقود النجم إلى نهايته، فإن العملية الأولى التي تحدث هي تحويل الهيدروجين إلى هيليوم يليها مزيد من حرق الهيليوم بمجرد نفاد الهيدروجين أيضًا.
المجموعة الواسعة من أحجام الثقوب السوداء جنونية على أقل تقدير!! بعض الثقوب السوداء صغيرة مثل الذرة بينما بعضها كبير جدًا، يمكنها أن تبتلع مجرات بأكملها دفعة واحدة وقادرة على تجميع حوالي مليون شمس معًا.
كيف نحدد موقع الثقوب السوداء؟
يبدو هذا السؤال في البداية في غير محله لأن المرء قد يقول “حتى الضوء لا يفلت من اللون الأسود فكيف يمكننا تحديد مكان ثقب اسود” ولكن عند إلقاء نظرة فاحصة على خصائص الثقوب السوداء، هناك عدة طرق يمكن من خلالها تحديد موقعها بدقة.
(1) تتمثل الطريقة الأولى في التركيز على جوانب الجاذبية للثقب الأسود. أي ثقب أسود من شأنه أن يجعل الكيانات المجاورة تقترب منه وتتجمع حوله، مما يؤدي في النهاية إلى الوقوع في مسار كثيف أحادي الاتجاه. بهذه البساطة تبدو هذه الطريقة، فهي ليست عملية جدًا لأنها تعتمد كثيرًا على الصدفة. إنها طريقة غير مجدية لأن العديد من الظواهر الأخرى تسبب أيضًا تأثيرًا مشابهًا على النجوم والكواكب.
(2) تتضمن الطريقة الثانية البحث عن انبعاثات الأشعة السينية المحتملة. عندما تسقط المادة في الثقب الأسود، يتم تجميعها في حلقة كثيفة مثل الهيكل، فقط في الأفق ويتم تحويل الطاقة التي لا مثيل لها إلى ضوء في بعض الحالات، مما يجعل من الممكن تحديد مكانها.
لمعرفة كيف رصد الفلكيون الثقوب السوداء اقرأ هذا المقال
ثلاثة طرق يستخدمها الفلكيون لرصد الثقوب السوداء؟
كم عدد الثقوب السوداء الموجودة؟
تعتمد كثافة الثقوب السوداء على مدى واسع من خصائص الفضاء مثل نوع المجرة ونوع النجوم الموجودة فيها وما إلى ذلك. لتقدير عدد الثقوب السوداء في مجرة معينة، يجب ملاحظة تكوينات الغبار والغاز بدقة. يتأثر سلوك اثنين من الثقوب السوداء القريبة بشكل كبير بتأثير جاذبية ثقب اسود على آخر. تضع هذه الحقيقة حدًا على القرب الذي يمكن أن يتمتع به ثقبان أسودان.
في الكون المرئي فقط وهو المدى الذي يمكننا إدراكه، يوجد حوالي 100 تريليون ثقب أسود. في حين أن هذا الرقم ضخم، إلا أنه تم اكتشاف 100-200 فقط منها بعد تحديد موقعها بدقة.
الثقوب السوداء الهائلة والنجوم الزائفة التي تعرف بالكويزار (الكويزار هو المنطقة الغازية الساخنة المحيطة مباشرة بثقب اسود) مثل 1ES 2344 + 514 و Fornax A، بينما الثقوب السوداء المتوسطة مثل HLX-1 والثقوب السوداء النجمية مثل GX 339-4 / V821 Ara تم اكتشافها أيضًا.
بالإضافة إلى ذلك، هناك ما يُعرف باسم أنظمة الثقوب السوداء التي تشير إلى أكثر من ثقب أسود في الجوار القريب. تتمتع هذه أنظمة الثقوب السوداء بخصائص مميزة تنبع إما من خصائص أكبر ثقب أسود في النظام أو منها جميعا.
كيف نقدر عدد الثقوب السوداء؟
تتمثل الخطوة الأولى نحو إيجاد العدد التقريبي للثقوب السوداء في الكون في فصل المناطق وفقًا لخصائص معينة مثل القرب من مجرة أو نجم وما إلى ذلك. عند ملاحظة نفس مجموعة السمات وتطبيقها على نقاط مختلفة في نفس المنطقة، يأتي متوسط عدد الثقوب السوداء مع 10-20 ثقبًا.
تتمثل الخطوة التالية في العثور على أوجه التشابه بين المجالات الرئيسية المتعددة وتصنيف الثقوب السوداء على أنها مستعر أعظم وأشباه كويزار وما إلى ذلك نظرًا لأن كل نوع من الثقوب السوداء له خصائص قطبية جدًا، فمن الممكن إلى حد ما تحديد موقع المزيد من نفس النوع في نطاق محدد مساحة.
نطاق البحث حول الثقوب السوداء لا ينقطع. سيستغرق الأمر أكثر من مئات السنين لفهمهم، لكن ما يظل مشروعًا صعبًا للقيام به يمكن أن يخبرنا أيضًا الكثير عن مستقبلنا وماضينا. فقط الوقت سيحدد ما إذا كان الخيال الذي يتم تصويره في أفلام مثل Interstellar و The Arrival يمكن أن يكون واقعيًا!
ثقب أسود عملاق محاط بحلقة من الغبار يلتهم نجما
هل من الممكن أن يدمر ثقبٌ أسود كوكبَ الأرض؟
لا تتجول الثقوب السوداء في الفضاء لتأكل النجوم والأقمار والكواكب. لن تسقط الأرض داخل ثقب أسود، لأنه لا يوجد ثقب أسود قريب بشكلٍ كافٍ من النظام الشمسي الذي تتبع له الأرض ليحدث هذا.
وحتى إن افترضنا وجود ثقب أسود بحجم الشمس، وحل محل الشمس، فلن تسقط الأرض بداخله، رغم ذلك. قد يحظى الثقب الأسود بجاذبية تماثل جاذبية الشمس.
لذا، فإن الأرض والكواكب الأخرى تدور حول ثقب أسود، بدورانها حول الشمس الآن.
شكرا عالمقال الاكثر من رائع
مقال رائع شكرا لك