يمكنك الكتابة معنا بالموقع
الكتابة بحرية تامة
سجل حسابك بالموقع الان انه مجاني

الثقب الأسود || أسرار مرعبة

2022-01-14 09:40:07 التعليم و الجامعات ...







احتلت الثقوب السوداء أذهان العلماء وحتى عامة الناس لسنوات. هذه الأجسام الغامضة لها جاذبية قوية جدًا لا يمكن للضوء أن يفلت منها.

يمكن اعتبار الثقوب السوداء بجرأة واحدة من أكثر الأشياء الغامضة والغريبة المعروفة ؛ خاصة مع تسجيل الصورة الأولى للثقب الأسود في عام 2019 وتأكيد العديد من الفرضيات المتعلقة به ، زاد اهتمام الناس والعلماء بهذه الأشياء ؛ لكن ما الميزات التي تجعل الثقوب السوداء جذابة ومثيرة للغاية؟ في هذا المقال نحاول الإجابة على هذا السؤال.

العناوين التي ستقرأها في هذا المقال:



• ما هو الثقب الأسود؟

• كيف يتم تشكيل قائمة الثقوب؟

• ماذا يوجد بداخل الثقوب السوداء؟

• المكونات الأخرى للثقب الأسود

• تبخر الثقوب السوداء وإشعاع هوكينغ

• ثقوب سوداء مزدوجة

• درب التبانة الثقب الأسود

• الثقوب السوداء والسفر عبر الزمن

• عجائب الثقب الأسود

• ملاحظات واكتشافات الثقوب السوداء

ما هو الثقب الأسود؟

وفقًا لتعريف بسيط ، فإن الثقب الأسود هو نقطة في الفضاء ذات جاذبية وكثافة عالية جدًا لا يمكن حتى للضوء الهروب منها. هذه الجاذبية قوية جدًا لدرجة أنها تضغط على جميع المواد في مساحة صغيرة. اقترح ألبرت أينشتاين لأول مرة إمكانية وجود ثقوب سوداء في عام 1916 باستخدام نظرية النسبية العامة. مصطلح "الثقب الأسود" صاغه عالم الفلك الأمريكي جون ويلر بعد سنوات قليلة في عام 1967. وفقًا لنظرية النسبية العامة ، يمكن للكتلة المضغوطة بدرجة كافية أن تثني الزمكان لتشكيل ثقب أسود. كان يُطلق على الحد الذي لا رجوع فيه للثقب الأسود اسم أفق الحدث. الثقوب السوداء لا تعكس أي ضوء ؛ ولكن يمكن التعرف عليها من خلال التأثيرات التي تحدثها على المواد والأشياء من حولها.


كيف يتم تشكيل قائمة الثقوب؟

الطريقة الأكثر شيوعًا لتكوين الثقب الأسود هي موت النجوم. تتضخم معظم النجوم وتفقد كتلتها عندما تصل إلى نهاية حياتها ، وتتحول في النهاية إلى أقزام بيضاء باردة ؛ لكن النجوم الكبيرة التي تزيد كتلتها عن عشرة إلى عشرين ضعف كتلة الشمس تتحول إلى نجوم نيوترونية أو ثقب أسود في نهاية حياتها.

عندما تستهلك النجوم فائقة الكتلة كل وقودها الأساسي ، يصبح قلب النجم غير مستقر ويتسلل بفعل الجاذبية ، مما يؤدي في النهاية إلى تدمير الطبقات الخارجية للنجم. في نهاية حياتهم ، تنفجر هذه النجوم في انفجار هائل يسمى سوبر نوفا ، تاركة وراءها ثقوبًا سوداء أو نجومًا نيوترونية. حدد علماء الفلك حتى الآن ثلاث فئات من الثقوب السوداء: الثقوب السوداء النجمية ، والثقوب السوداء الهائلة ، والثقوب السوداء متوسطة الكتلة.



الثقوب السوداء النجمية

عندما ينفد الوقود من النجم ، يتعرض لانهيار الجاذبية. في النجوم الأصغر (ثلاثة أضعاف كتلة الشمس) ، تتسبب هذه العملية في تحول النواة الجديدة إلى نجم نيوتروني أو قزم أبيض ؛ ولكن مع انهيار النجوم الأكبر ، يتشكل ثقب أسود.

عادة ما تكون الثقوب السوداء النجمية شديدة الكثافة. تضع هذه الثقوب السوداء كتلة تبلغ ثلاثة أضعاف كتلة الشمس في فضاء يبلغ قطره مدينة. هذا يخلق جاذبية جنونية. يمكن للثقوب السوداء النجمية أن تمتص الغاز والغبار من حولها وتصبح أكبر. تحتوي مجرة ​​درب التبانة على عدة ملايين من الثقوب السوداء النجمية ، وفقًا لمعهد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في هارفارد.

الثقوب السوداء النجمية

عندما ينفد الوقود من النجم ، يتعرض لانهيار الجاذبية. في النجوم الأصغر (ثلاثة أضعاف كتلة الشمس) ، تتسبب هذه العملية في تحول النواة الجديدة إلى نجم نيوتروني أو قزم أبيض ؛ ولكن مع انهيار النجوم الأكبر ، يتشكل ثقب أسود.

عادة ما تكون الثقوب السوداء النجمية شديدة الكثافة. تضع هذه الثقوب السوداء كتلة تبلغ ثلاثة أضعاف كتلة الشمس في فضاء يبلغ قطره مدينة. هذا يخلق جاذبية جنونية. يمكن للثقوب السوداء النجمية أن تمتص الغاز والغبار من حولها وتصبح أكبر. تحتوي مجرة ​​درب التبانة على عدة ملايين من الثقوب السوداء النجمية ، وفقًا لمعهد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في هارفارد.

ثقوب سوداء كبيرة الكتلة

الثقوب السوداء ذات الكتلة الكبيرة ، على الرغم من أنها بنفس حجم الشمس ، فهي أثقل بملايين أو بلايين المرات. يعتقد العلماء أن هذه الثقوب السوداء تقع في مركز المجرات ، بما في ذلك مجرة ​​درب التبانة.

لا يزال العلماء غير متأكدين من كيفية تشكل هذه الثقوب السوداء. بمجرد تشكيل هذه العمالقة ، تمتص كميات كبيرة من المادة والغاز والغبار من حولهم. جعلت كمية المادة الكبيرة في مركز المجرات هذه الأجسام عملاقة للغاية.

قد تكون الثقوب السوداء الكبيرة نتيجة اندماج مئات أو آلاف الثقوب السوداء الصغيرة. قد تنهار أيضًا سحب الغاز الكبيرة وتمتص المواد بسرعة. قد يكون الخيار الثالث لتشكيل هذه الثقوب السوداء هو انهيار الحشود النجمية ، ويمكن أن يكون الخيار الرابع هو تكوين ثقوب سوداء كبيرة الكتلة من مجموعات كبيرة من المادة المظلمة. يمكن الكشف عن هذه المادة من خلال تأثيرات الجاذبية على الأجسام الأخرى ، ومع ذلك ، لا يزال العلماء يجهلون الطبيعة والعناصر التي تتكون منها لأنها لا تصدر ضوءًا ولا يمكن ملاحظتها بشكل مباشر.



ثقوب سوداء متوسطة الكتلة

اعتقد العلماء ذات مرة أنه يمكن تقسيم الثقوب السوداء إلى أطياف كبيرة وصغيرة. لكن الأبحاث الجديدة تظهر أن هناك أيضًا ثقوب سوداء متوسطة الكتلة ، أو IMBHs. ربما تكونت هذه الأجسام نتيجة اصطدام مجموعات من النجوم. يتحد عدد من IMBHs التي تتشكل في منطقة معًا في نهاية المطاف في مركز المجرة لتشكيل ثقوب سوداء كبيرة الكتلة. في عام 2014 ، وجد علماء الفلك ثقوبًا سوداء متوسطة الكتلة في ذراع مجرة ​​حلزونية. وفقًا لتيم روبرت من جامعة دورهام في المملكة المتحدة:

كان علماء الفلك يعملون بجد لاكتشاف هذه الثقوب السوداء متوسطة الحجم. كانت هناك علامات عليهم. لكن هذه الثقوب السوداء لم تكن مهتمة بالاكتشاف.

وفقًا لبحث في عام 2018 ، قد يكون هناك ثقوب سوداء متوسطة الكتلة في قلب المجرات القزمة (مجرات صغيرة جدًا). أظهرت الملاحظات لعشر عينات من هذه المجرات (خمسة منها لم تكن معروفة من قبل) أن نشاط الأشعة السينية المعتاد في الثقوب السوداء يمكن أن يكون دليلاً على وجود ثقوب سوداء بكتلة 36000 إلى 316000 كتلة شمسية. جاءت هذه المعلومات من دراسة Sloan Digital Sky ، التي تفحص مليون مجرة.

الثقوب السوداء المبكرة

اقترح الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج فرضية وجود ثقب أسود غير نجمي. وفقًا لنظرية هوكينج ، فإن الثقوب السوداء الصغيرة البدائية هي نفس الكتلة أو أصغر من الكويكب الذي ربما يكون قد تشكل أثناء الانفجار العظيم. الانفجار العظيم هو حالة من الكثافة ودرجات حرارة عالية بدأ منها الكون منذ حوالي 13.8 مليار سنة. تسمى هذه الثقوب السوداء أيضًا بالثقوب السوداء الدقيقة ، والتي ، مثل الثقوب السوداء الأكثر ضخامة ، تفقد كتلتها بمرور الوقت من خلال إشعاع هوكينغ وتختفي. إذا كانت نظريات الكون ذات الأبعاد الأكثر صحيحة ، فيمكن أن ينتج عن مسرع الجسيمات الكبيرة عددًا من الثقوب السوداء الدقيقة.



أنواع الثقوب السوداء من حيث الدوران والشحنة

وفقًا للنظريات الفلكية ، إذا كان للثقب الأسود حركة مدارية ، فإن الفضاء يسحب الوقت حول أفق الحدث. يسمى هذا الدوران للفضاء حول أفق الحدث وظيفة ، وهي بيضاوية الشكل. في حالة الأجسام ، لا يمكن أن تسقط في الثقب الأسود لأن الكرة خارج أفق الحدث. أيضًا ، يتم تقسيم الثقوب السوداء إلى فئتين من حيث الشحنة الكهربائية ، مع الشحن وبدون شحنة ، ومن حيث الزخم الزاوي الذي يحدد دوران الثقب الأسود ، إلى فئتين ، الدورية وغير الدورية. تتوافق الثقوب السوداء الدوارة مع معادلة حقل أينشتاين.

ماذا يوجد بداخل الثقوب السوداء؟

للثقوب السوداء ثلاث طبقات: آفاق الحدث الخارجية والداخلية والتفرد.

• أفق الحدث: أفق حدث الثقب الأسود هو الحدود حول فتحة الثقب الأسود التي لا يمكن حتى للضوء الهروب منها. بمجرد عبور الجسيم لأفق الحدث ، لم يعد بإمكانه الخروج من الثقب الأسود. الجاذبية ثابتة في أفق الحدث. يرتبط أفق حدث الثقب الأسود ارتباطًا مباشرًا بسرعة هروب الجسم. سرعة الهروب هي السرعة المطلوبة للهروب من جاذبية الثقب الأسود. كلما اقترب المرء من الثقب الأسود ، زادت سرعة الهروب من جاذبيته الهائلة. في أفق الحدث ، تتجاوز سرعة الهروب سرعة الضوء.

وفقًا لنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، لا شيء يتحرك في الفضاء أسرع من الضوء. نتيجة لذلك ، يسمى أفق الحدث بنقطة اللاعودة. عندما يقترب الكائن من أفق الحدث ، يمكن للشاهد الافتراضي رؤية الصورة تختفي. هذا التعتيم ناتج عن انحناء الضوء بواسطة الجاذبية. في أفق الحدث ، تتحرك صورة الكائن نحو الاختفاء. يعتمد حجم أفق الحدث على كتلة الثقب الأسود. إذا كانت الأرض مضغوطة بدرجة كافية لتتحول إلى ثقب أسود ، فإن قطرها يصل إلى 17.4 مم ؛ ولكن إذا تحولت الشمس إلى ثقب أسود ، فسيبلغ قطرها 84.5 كيلومترًا ، أي بحجم قرية أو بلدة صغيرة.

• التفرد: يسمى الجزء الداخلي من الثقب الأسود الذي يحدد كتلته بالتفرد. نقطة واحدة في الزمان والمكان حيث تتكثف كتلة الثقب الأسود. ينحني نسيج الزمكان بشكل لا نهائي حول التفرد ، وبالتالي ينتهك القوانين الفيزيائية التي نعرفها في هذه المرحلة

لا يمكن للعلماء مراقبة الثقوب السوداء مثل النجوم والأجسام الفضائية الأخرى ؛ بدلاً من ذلك ، تعتمد ملاحظاتهم على اكتشاف الأشعة المنبعثة من الثقوب السوداء وكذلك الغاز والغبار من حولهم ؛ لكن الثقوب السوداء ذات الكتلة الكبيرة في مركز المجرة عادة ما تكون محاطة بسحب كثيفة من الغاز والغبار مما يجعل من الصعب مراقبة الأشعة الأخرى.

المكونات الأخرى للثقب الأسود

• قرص التراكم: معظم الثقوب السوداء محاطة بأقراص شديدة السخونة من المادة ، ويتكون معظمها من غاز وغبار من أجسام أخرى مثل النجوم والكواكب. هذه المواد تقع في الثقب الأسود. تسمى هذه الأقراص الساخنة المضطربة "حبوب النمو".

• ظل الثقب الأسود : ظل الثقب الأسود هو منطقة مظلمة ثنائية الأبعاد في الكرة السماوية تتكون من الجاذبية القوية للثقب الأسود. هناك سلسلة من مسارات الفوتون في هذه المنطقة التي لم تتمكن من الهروب من الثقب الأسود وتم احتجازها.

• الكرة الضوئية: في الكرة الضوئية ، تكون الجاذبية قوية لدرجة أن الضوء يمكن أن ينتقل في مسارات دائرية. تدور الفوتونات حول الثقب الأسود على مسافة كرة الفوتون. إذا كان شاهد افتراضي حاضرًا في هذه المرحلة ، يمكنه أن يرى خلفه.

• النفاث النسبي: في بعض الأحيان يكون مهمًا بعد دخوله في ثقب أسود ، فإنه يرتد عن أفق الحدث ويقذف إلى الخارج. في ظل هذه الظروف ، تتشكل نفاثات لامعة من المادة تتحرك بسرعات تقترب من سرعة الضوء. على الرغم من أن الثقوب السوداء تبدو غير مرئية ، يمكن ملاحظة هذه النفاثات القوية من مسافة بعيدة.

تبخر الثقوب السوداء وإشعاع هوكينغ

إشعاع هوكينغ هو شعاع ينبعث بالقرب من أفق حدث ثقب أسود بسبب التأثيرات الكمومية. تشير هذه الأشعة إلى أن درجة حرارة الثقوب السوداء تتناسب مع كتلتها. إشعاع هوكينغ ، على الرغم من عدم ملاحظته بعد ، لديه دعم علمي قوي للنماذج المشتركة للنسبية العامة وميكانيكا الكم. سميت هذه الظاهرة على اسم الفيزيائي ستيفن هوكينج ، الذي نشر مقالًا في عام 1974 بعنوان Black Hole Explosions. تعني فرضية إشعاع هوكينغ أن الثقوب السوداء يمكن أن تبعث طاقة وبالتالي تصبح أصغر حجمًا.

عندما تدخل المادة في ثقب أسود ، لا يمكنها تركها مرة أخرى. يمكن لهذه الظاهرة القضاء على حجم الفوضى أو الانتروبيا. نظرًا لأن إزالة المادة تقلل من عدم الانتظام ، فقد كان يُعتقد أن الثقب الأسود ينتهك القانون الثاني للديناميكا الحرارية. إن العملية الفيزيائية لإشعاع هوكينغ وتشتت الجسيمات بالقرب من أفق حدث الثقب الأسود معقدة للغاية وتتطلب فهماً متكاملاً للرياضيات ونظريات الكم.

وفقًا لنظرية هوكينج ، تزداد مساحة الثقوب السوداء بمرور الوقت.

لكن في الآونة الأخيرة ، تم إثبات نظرية هوكينج الشهيرة عن إنتروبيا الثقوب السوداء وتم تبديد الكثير من الغموض. اقترح ستيفن هوكينج نظرية مساحة الثقب الأسود في عام 1971 بناءً على نظرية أينشتاين للنسبية العامة. وفقًا لهذه النظرية ، من المستحيل أن تتناقص مساحة سطح الثقب الأسود بمرور الوقت. تم إثبات هذه النظرية بملاحظة اندماج ثقبين أسودين وموجات الجاذبية الناتجة عن هذا الاندماج. بناءً على هذا الافتراض ، تزداد مساحة الثقب الأسود الناتجة عن اندماج ثقبين أسودين.

يعتقد الكثيرون أن قانون هوكينج للمنطقة يتناقض مع نظريته الأخرى ، تبخر الثقوب السوداء. من ناحية أخرى ، وفقًا لنظرية النسبية العامة ، لا يمكن للثقوب السوداء أن تتقلص ، بينما وفقًا لميكانيكا الكم ، يمكنها ذلك. في نظرية هوكينج للإشعاع ، ينبعث ضباب الجسيمات بسبب التأثيرات الكمومية لحواف الثقوب السوداء ، وهذه الظاهرة تؤدي في النهاية إلى انكماش الثقب الأسود ، وفي النهاية تبخره على مدى فترات أطول من الكون. نظرًا لأن هذا التبخر يحدث على المدى الطويل ، يمكن القول إنه لا ينتهك قانون المنطقة على المدى القصير. على أي حال ، لا يزال هناك الكثير من التكهنات حول الثقوب السوداء. لكن نظرية المنطقة تتوافق حتى الآن مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

تناقض فقدان المعلومات

نظرًا لأن الثقب الأسود يحتوي فقط على عدد قليل من المعلمات الداخلية ، فإن معظم المعلومات حول المادة التي تدخل الثقب الأسود تُفقد. بغض النظر عن نوع مادة الإدخال ، من الواضح أنه يتم تخزين المعلومات حول الكتلة الكلية والحمل والزخم الزاوي فقط. طالما كان من المفترض أن تستمر الثقوب السوداء إلى الأبد ، فإن مبدأ فقدان المعلومات لا يمثل مشكلة لأن المعلومات ستبقى داخل الثقب الأسود ولا يمكن الوصول إليها من العالم الخارجي وحده. ومع ذلك ، فإن الثقوب السوداء تتبخر بمرور الوقت مع إطلاق إشعاع هوكينغ. لا يبدو أن هذا الإشعاع يعطي أي معلومات حول المواد المدخلة إلى الثقب الأسود ، لذلك تضيع المعلومات إلى الأبد.

ثقوب سوداء مزدوجة

الثقب الأسود الثنائي (BBH) هو نظام يتكون من ثقبين أسودين في مدار قريب. تنقسم الثقوب السوداء الثنائية إلى فئتين: الثقوب السوداء ثنائية النجوم التي تمثل النجوم الثنائية المتبقية ، أو الثقوب السوداء الناتجة عن اندماجات المجرات.

لأن الثقوب السوداء لا تصدر موجات ، فإن طرق إثباتها صعبة ومحدودة. ومع ذلك ، عندما تندمج الثقوب السوداء ، يتم إطلاق كميات كبيرة من الطاقة في شكل موجات الجاذبية. يمكن تقدير هذه الموجات باستخدام نظرية النسبية العامة لأينشتاين. يتم توزيع موجات الجاذبية بواسطة الأجسام الثقيلة في انحناء الزمكان والسفر بسرعة الضوء. افترض هنري بينكر هذه الموجات لأول مرة في عام 1905 ، وتنبأ بها ألبرت أينشتاين في عام 1916 بناءً على نظرية النسبية العامة. في أواخر القرنين العشرين والحادي والعشرين ، ازداد الاهتمام بالثقوب السوداء المزدوجة بسبب انتشار موجات الجاذبية.

تعتبر عمليات اندماج الثقوب السوداء المزدوجة من أقوى مصادر موجات الجاذبية في العالم وتوفر فرصة جيدة لاكتشاف هذه الموجات بشكل مباشر. لا يتم دمج الثقوب السوداء المزدوجة إلا إذا كانت قريبة بدرجة كافية من بعضها. يتشكل بعد تكامل ثقب أسود صلب مع شكل ثابت. تم إثبات وجود ثقوب النجوم الثنائية (وموجات الجاذبية) أخيرًا في سبتمبر 2015. اكتشف مرصد Lego GW150914 في هذا اليوم ، والذي كان نتيجة لموجة جاذبية ناتجة عن اندماج ثقبين أسودين نجميين ، كل منهما 30 كتلة شمسية ، 1.3 مليار سنة ضوئية من الأرض.

درب التبانة الثقب الأسود

القوس A * هو ألمع وألمع مصدر راديو في وسط مجرة ​​درب التبانة. يقع هذا الكائن بالقرب من حدود الأبراج القوس والعقرب. القوس A * هو موقع ثقوب سوداء كبيرة الكتلة تشبه الأجسام الثقيلة في مركز مجموعة متنوعة من المجرات الحلزونية والإهليلجية.

تُستخدم ملاحظات النجوم المختلفة حول القوس A * ، وخاصة النجم S2 ، لقياس الكتلة والأطراف العلوية للكتلة. استنادًا إلى الحدود الشعاعية الدقيقة وقياسات الكتلة ، خلص علماء الفلك إلى أن القوس A * هو ثقب أسود كبير الكتلة في مركز مجرة ​​درب التبانة.

فاز رينهارد جونزيل وأندريه جاز بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020 لدمجهما خصائص Sgr A * مع الثقوب السوداء الهائلة. تم الإعلان عن اكتشاف القوس A * في 31 أكتوبر 2018. لاحظ علماء الفلك أن الكتل الغازية حول برج القوس تتحرك بنسبة 30٪ من سرعة الضوء.

في يوليو 2018 ، أفيد أن سرعة النجم S2 في مدار القوس A * ستصل إلى 7650 كم / ثانية (2.55٪ من سرعة الضوء). بافتراض أن النسبية العامة هي تفسير صحيح للجاذبية بالقرب من أفق الحدث ، فإن الأشعة الراديوية القوس A * ليست في مركز الثقب الأسود ؛ بدلاً من ذلك ، فهي تنشأ من نقطة مضيئة حولها وقريبة من أفق الحدث ، أو ربما في قرص تراكم.

يوجد عدد من النجوم في مدار قريب من القوس A * ، المعروف باسم نجوم المجموعة S. يمكن ملاحظة هذه النجوم في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ذات النطاق K لأن الغبار بين النجوم يحد بشكل كبير من الأطوال الموجية المرئية. النجوم S62 و S4714 في مدار قريب مقارنة بالقوس ؛ ولكن وفقًا لفرضية أحدث في عام 2021 ، قد لا يكون هناك ثقوب سوداء في مركز مجرة ​​درب التبانة وتتكون نواة المجرة من مادة مظلمة كثيفة. خصائص الثقب الأسود الضخم في مركز مجرة ​​درب التبانة ، والمعروفة باسم Sagittarius A * ، يُستدل عليها من تأثير الجاذبية على الأجسام الأخرى ، مثل المدارات الغريبة للنجوم حول مركز المجرة ؛ لكن ماذا يحدث إذا كان هذا التشخيص خاطئًا؟

وفقًا لبحث جديد ، إذا كان مركز المجرة هو في الواقع جوهر المادة المظلمة ، فهناك مبرر أفضل لوصف مدارات مركز المجرة والسرعات الأولية للمجرة في المناطق الخارجية للمجرة. في العقدين الماضيين ، كان مدار النجم S2 موضوعًا للكثير من الأبحاث. يدور النجم حول مدار عمره ستة عشر عامًا حول مركز المجرة ؛ حلقة بيضاوية طويلة تعتبر مختبرًا مثاليًا لتجارب النسبية العامة.

في بحث سابق ، أظهر فريقان منفصلان أن النسبية لا تنطبق فقط على بيئة الزمكان لمركز المجرة ؛ بدلاً من ذلك ، تتوافق نتائجه مع ثقب أسود هائل كتلته أربعة ملايين ضعف كتلة الشمس. ثم كانت هناك قضية جريمة تسمى G2. يقع G2 في مدار بيضاوي الشكل ، وقد تصرف بشكل غريب عند النقطة الأقرب إلى مدار المجرة في عام 2014. تغيرت هذه الكتلة من كتلة مدمجة وطبيعية إلى كتلة طويلة وطويلة ثم عادت إلى وضعها الطبيعي.

كان سلوك G2 غريبًا جدًا وطبيعته لا تزال مجهولة ؛ ومع ذلك ، أظهرت حركته المدارية عند النقطة الأقرب للثقب الأسود نوعًا من الاستطالة ، والتي ، وفقًا لفريق الفيزياء الفلكية بقيادة أنطونيو بيسرا فيرا من المركز الدولي للفيزياء الفلكية النسبية ، غير متوافقة تمامًا مع نموذج الثقب الأسود. في العام الماضي ، أظهر الباحثون أن S2 و G2 يتناسبان مع نموذج مختلف: فرميونات المادة المظلمة ، والمعروفة أيضًا باسم Darkenino. هذه المادة خفيفة بدرجة كافية ولا تتحول إلى ثقب أسود ؛ نتيجة لذلك ، تظل على شكل فقاعة كثيفة ضخمة في وسط مجرة ​​درب التبانة ، محاطة بضباب متناثر عند الحواف.

قد لا يكون هناك أي ثقوب سوداء في مركز مجرة ​​درب التبانة على الإطلاق

S2 و G2 ليسا الجسمين الوحيدين في مدار حول المجرة. قام الباحثون بتوسيع نموذجهم ليشمل سبعة عشر نجمًا آخر من المجموعة S في مدار حول مركز المجرة وتوصلوا إلى نتائج مثيرة للاهتمام. كانت نتائجهم متوافقة مع هذه النجوم. وفقًا للحسابات ، قد تكون هناك فقاعة كثيفة من المادة المظلمة في وسط المجرة تتناقص كثافتها على المنحدرات الخارجية للمجرة.

وفقًا للنتائج السابقة ، تعد المادة المظلمة بلا شك واحدة من أكبر ألغاز الكون. سبب تسمية هذه المادة الغامضة هو آثارها الجاذبية ، والتي لا يمكن وصفها بالمادة العادية. المادة العادية هي نفسها النجوم والغبار والمجرات. على سبيل المثال ، إذا تأثرت المجرات ببساطة بالمادة العادية ، فإنها ستدور بشكل أسرع. تعد عدسة الجاذبية أو انحناء الزمكان حول الأجسام الثقيلة أقوى بكثير مما كان متوقعًا. تنتج هذه الظاهرة جاذبية مزدوجة يتجاوز اكتشافها المباشر القدرات البشرية.

نحن نعلم فقط أن المادة المظلمة تؤثر على الأجسام الثقالية. تعد النوى النشطة للمجرة ، مثل الثقب الأسود الهائل للمجرة M87 * ، والتي تبلغ حوالي 5.6 مليار مرة كتلة الشمس ، أكثر توافقًا مع نموذج الثقب الأسود. اقترح الباحثون أن كتل المادة المظلمة التي تتجاوز الكتلة الحرجة يمكن أن تتحول إلى ثقوب سوداء كبيرة الكتلة. تساعد هذه الظاهرة في وصف تكوين ثقوب سوداء كبيرة الكتلة ؛ لأنه لا توجد فكرة عن حجمها وعددها التي تشكلت في العالم البدائي.

تشكل المادة المظلمة حوالي 80٪ من مادة الكون. لا يكفي عدد الثقوب السوداء ذات الكتلة الكبيرة والأنواع الأخرى لتندرج في هذه الفئة ؛ لكن الباحثين لا يشيرون إلى مصدر المواد. تقدم طريقتهم مرشحًا للمادة المظلمة التي تساعد أيضًا في وصف طبيعة الثقوب السوداء ذات الكتلة الكبيرة. يمكن للتحليلات اللاحقة أن تقربنا من الحقيقة.

الثقوب السوداء والسفر عبر الزمن

لطالما كان السفر عبر الزمن موضوعًا ساخنًا ومثيرًا لكل من العلماء وعامة الناس. على الرغم من تأثر الكثير من الناس بأفكار مثل تغيير الماضي أو رؤية المستقبل ، إلا أنه لم يحقق أحد هذا الهدف على الإطلاق ، ولم يتحقق هذا الحلم إلا في قصص وأفلام الخيال العلمي. يقول ستيفن هوكينج في كتابه الثقوب السوداء وعوالم الأطفال (1994):

"أفضل دليل على أن السفر عبر الزمن غير ممكن ولن يكون ممكنًا أبدًا هو أننا لم نتعرض لهجوم من قبل سائحين من المستقبل".

هناك العديد من الفرضيات حول السفر عبر الزمن خارج نطاق هذه المقالة ، مثل الثقوب الدودية أو السفر بسرعة الضوء وانحناء الزمكان. فيما يتعلق بالثقوب السوداء ، هناك العديد من الفرضيات حول السفر عبر الزمن ، والتي سوف ندرسها فيما يلي.

وفقًا للبروفيسور هوكينج ، فإن الثقوب السوداء التي تقارب حجم الثقب الأسود في مركز المجرة لها تأثير كبير على الوقت ويمكن أن تبطئه بشكل كبير. في الواقع ، يمكن للثقوب السوداء أن تتصرف مثل آلة الزمن الطبيعية بسبب كتلتها العالية. من ناحية أخرى ، فإن المنطقة المحيطة بالثقب الأسود شديدة الحرارة بحيث لا يمكن التعامل معها بالتقنية الحالية ؛ ولكن حتى لو تمكن المرء من الاقتراب من ثقب أسود ، فماذا سيحدث إذا سقط فيه؟

تلعب جانا ليفين ، أستاذة الفيزياء وعلم الفلك ، دورًا مهمًا في فهم الثقوب السوداء. في كتابه The Guide to Survival in the Black Hole ، يأخذ الجمهور في رحلة خيالية عبر الفضاء ومركز الثقب الأسود. السقوط في الثقب الأسود يعني عبور أفق الحدث ، أو بعبارة أخرى ، أفقه الذي لا رجوع فيه. في كتاب ليفين ، يصل الجمهور إلى أفق الحدث. الثقب الأسود للقرص صلب ومظلم. لا يزال بإمكانك رؤية الخارج من خلال عبور أفق الحدث. بعبارة أخرى ، لا تبقى في الظلام. أفق الحدث لا يعيق هطول الضوء ؛ لكن الثقب الأسود المظلم من الخارج يمكن أن يكون أيضًا شديد السطوع من الداخل.

في النافذة ذات الاتجاه الواحد لأفق الحدث ، يمكنك رؤية العالم من بعده. بينما لا يمكنك إيقاف سقوطك ، يمكنك رؤية تطور العالم. ضوء المجرة الذي يمر عبر أفق الحدث يرسم نسخًا سريعة لآلاف أو ملايين أو حتى بلايين السنين على الأرض. يظهر الضوء الذي يلامس عينيك كل شيء من سقوط الحضارات إلى كاميرا المصورين وحتى أيونات النجوم المتفجرة. كلما سقطت أكثر ، كلما ضاق حلق الثقب الأسود وتركيز كل الضوء على النقاط المضيئة. تمامًا مثل تجربة الاقتراب من الموت ، سترى ضوءًا في نهاية النفق.

وفقًا للمنظورات الفيزيائية والرياضية ونظرية النسبية العامة ، فإن الانحناء اللانهائي للزمكان يؤدي إلى خلق حالة فردية تنتهي إليها جميع المسارات. يمكن أن تكون التفردية بمثابة قطع في الزمكان. أنت حتما تدخل في التفرد. سوف تنهار عندما تقع في حالة التفرد. يتسارع الجزء الأقرب من التفرد من الجسم بشكل ملحوظ أكثر من الجزء الأبعد عن الجسم ؛ نتيجة لذلك ، أنت تعاني كثيرًا. وفي نفس الوقت ينهار التشريح عند نقطة التقارب والجسم. في جزء من الثانية فقط ، وهو أقل من طرفة عين ، تتمزق في نفس الوقت حتى تموت أخيرًا.

يتم بعد ذلك تقسيم المواد الحيوية في جسمك إلى عناصر أصغر حتى يتم توجيه جزيئات كيانك في النهاية إلى قطع الزمكان. تفرّد نهاية الطريق ونقطة نهاية المكان هي الوقت أو نقطة نهاية الوجود. لا يوجد مستقبل وراء التفرد. الموت في التفرد هو نهاية طريقك الوجودي: موت الجسيمات الأساسية في الجسد وإزالة واقعك وحقيقتك. انت لست حقيقي. بالطبع ، مثل العديد من الفرضيات الأخرى ، لا يتعين عليك قبول التفرد على وجه اليقين. على الرغم من النهاية المشؤومة للتفرد ، يجب أن يُنظر إليها بشك. يمكن أن تكون التفردية لعنة في نمط البحث العلمي عن الواقع.

بعبارة أخرى ، وفقًا للتعريفات الرياضية ، يتفكك التعريف المادي للنسبية إلى حالة فردية. لا يمكن للنسبية العامة أن تحكي قصة الكون بأكملها. في أعماق الثقب الأسود ، بدلاً من التفرد ، من الممكن العثور على بقايا المادة الكمومية التي سقطت بسبب الطاقات المدمرة. ومع ذلك ، فإن هذه الفرضية لا تزال تفتقر إلى الكثير من المؤيدين. وفقًا للتخمين ، هناك فرضية أكثر شيوعًا: داخل الثقب الأسود ، ينقسم كل شيء إلى ثقوب بيضاء ، تمامًا مثل التعصب الأعمى الجديد في جزء آخر من العالم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون الثقب الأسود من الداخل أكبر من الخارج ؛ قد يكون هناك عالم آخر فيه.

وفقًا للمعلومات المتاحة ، فإن الثقب الأسود هو بقعة مظلمة في الزمكان ، ولم يتمكن العلماء بعد من الإجابة على السؤال: إذا وقعنا في الثقب الأسود ، فأين سننتهي؟ الغموض داخل الثقب الأسود وأفق الحدث جعل هذه الجريمة موضوعًا غامضًا. على أي حال ، سوف تموت قبل حدوث الانفجار العظيم. لن يخلصك تغيير مفهوم التفرد من الموت. جسمك ينهار. لكنها قد تصبح جزءًا من نظام بيئي أكبر.

إذا لم يتم تدمير جزيئات الجسم تمامًا بشكل فردي ، فيمكن أن تصبح حطامًا كميًا في مركز الثقب الأسود. يمكن أن تمنح هذه البقايا الأمل في المستقبل ، أو ربما تصبح عناصرك عناصر لعالم جديد ، وسيؤدي بعضها في النهاية إلى حياة ميكروبية. نتيجة لذلك ، على الرغم من أن الثقب الأسود يعمل كآلة الزمن الطبيعية ، فإن فكرة السفر عبر الزمن عبر الثقب الأسود غير ممكنة عمليًا.

عجائب الثقب الأسود

• احتمال وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة: تحدث الباحثون في سبتمبر 2020 عن إمكانية وجود ثقوب سوداء فائقة الكتلة (SLAB). تبلغ كتلة هذه الأجسام تريليون ضعف كتلة الشمس ، وهي أكبر بعشر مرات من أكبر ثقب أسود معروف باسم TON 618 ؛ تبلغ كتلة هذا الثقب الأسود 66 مليار ضعف كتلة الشمس. تم تشكيل بعض الألواح في بداية العالم ؛ وبالتالي ، فإن الثقوب السوداء بدائية ويمكن ملاحظة تأثيرها في إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ؛ إشعاع الخلفية الكونية هو الضوء المتبقي من الكون المبكر (في أول 380.000 سنة). يمكن الكشف عن تأثيرات أخرى لهذه الثقوب السوداء من خلال انحراف الضوء عن النجوم البعيدة. هذه الثقوب السوداء حاليا من الناحية النظرية. لكنها جذبت الكثير من الاهتمام.

• معكرونة النجوم حول الثقب الأسود: عندما يتم وضع جسم ثقيل على مسافة معينة من الثقب الأسود ، يمكن أن تتسبب قوى الجاذبية الشديدة في تمدده. تسمى هذه العملية "السباغيتي" وهي نادرة جدًا ؛ لأن الثقوب السوداء محاطة بسحابة من الغاز والغبار. في أكتوبر 2020 ، تمكن علماء الفلك في مرصد أوروبا الجنوبية من مراقبة عملية تشكيل السباغيتي لنجم بتفاصيل غير مسبوقة باستخدام تلسكوب NTT والتلسكوب الكبير جدًا. قدم هذا الحدث النادر ، المعروف باسم AT 2019qiz ، لعلماء الفلك رؤى ثاقبة لمثل هذه الأحداث ، مما ساعدهم على فهم الجاذبية في البيئات الساحلية بشكل أفضل.

• يمكن أن تكون الثقوب السوداء عبارة عن كرة طور : لكي تتشكل الثقوب السوداء ، يجب أن تتحلل المادة والطاقة عند نقاط صغيرة من الكثافة اللانهائية. نظرًا لأن هذه اللانهايات مستحيلة جسديًا ، فقد سعى المنظرون منذ فترة طويلة إلى حل لهذه المشكلة. وفقًا لنظرية الأوتار ، التي تستبدل كل الجسيمات والقوى بخيوط اهتزازية من أوتار دون ذرية ، يمكن أن تكون الثقوب السوداء أكثر غرابة وتصبح كرات كروية ضبابية من الأوتار الأساسية. وفقًا لدراسة أجريت في أكتوبر 2020 ، إذا كانت ذرات النجوم النيوترونية (بقايا النجوم التي لا تكون كثافتها عالية بما يكفي لتشكيل ثقب أسود) تشكل سلسلة من الأوتار ، فإن ضغط هذه الأوتار ينتج عنه تكوين كرة طور ، والتي يشبه كرة القطن. هذه الفكرة لا تزال بحاجة إلى مزيد من الدراسة ؛ لكنها يمكن أن تكون بديلاً لحل مشكلة لا نهائية.

• الثقوب السوداء الخطيرة: وفقًا لعلماء الفيزياء ، لكل ثقب أسود أفق حدث ؛ حدود لن تتمكن أبدًا من عبورها ؛ لكن هل يمكن أن يكون هناك ثقب أسود بلا أفق في حدث يسمى الثقب الأسود العاري؟ هذه الظاهرة ، إن وجدت ، يمكن أن تكون خطيرة للغاية ؛ لأن القوانين الفيزيائية لأفق حدث الثقب الأسود سوف تنكسر ولن يكون للثقب الأسود العاري حاجز وقائي. يعتبر معظم المنظرين وجود ثقب أسود عار مستحيل ؛ لكن هناك طريقة للتأكد ، وفقًا لمقال نُشر في نوفمبر. لفهم الفرق بين هذه الثقوب السوداء ، على المرء أن ينظر إلى حبوبها الإضافية ؛ اللوح التراكمي عبارة عن حلقة من الغاز والغبار تتشكل عندما تدخل المادة في ثقب أسود ؛ يمكن لهذا الجهاز اللوحي اكتشاف الفرق بين الثقوب السوداء العادية والثقوب السوداء العارية.

ملاحظات واكتشافات الثقوب السوداء

نحن في العصر الذهبي للثقوب السوداء. منذ عام 2015 ، تمكن الباحثون في مرصد موجات الجاذبية المتداخل بالليزر (LIGO) من تلقي إشارات مباشرة من اندماج الثقوب السوداء ، وأنتجت المراصد مثل Event Hrazen Telescope (EHT) أول صورة ظل للثقب الأسود. نظرًا لأن الثقوب السوداء لا تصدر أي إشعاع كهرومغناطيسي ، فإن البحث عن علماء الفيزياء الفلكية لاكتشاف هذه الأجسام يعتمد على الطرق المباشرة. على سبيل المثال ، يمكن إثبات وجود ثقب أسود من خلال تأثير الجاذبية على المواد المحيطة.

اكتشف موجات الجاذبية

في 14 سبتمبر 2015 ، سجل مرصد LIGO لموجات الجاذبية أول ملاحظة مباشرة لموجات الجاذبية. كانت هذه الإشارة متوافقة مع تنبؤات نظرية موجات الجاذبية التي نتجت عن اندماج ثقبين أسودين: ثقب أسود به 36 كتلة شمسية والآخر بـ 29 كتلة شمسية. كانت هذه الملاحظة دليلًا ثابتًا على وجود الثقوب السوداء حتى يومنا هذا. تم تسجيل عدد من أحداث موجات الجاذبية الأخرى منذ عام 2015.

في عام 2020 ، تمكنت Lego ونظيرتها الأوروبية Anne Virgo من رصد موجات ضخمة في نسيج الزمكان من خلال موجات الجاذبية ؛ تنبعث هذه الموجات عندما تتأرجح الأجسام الثقيلة. لقد حققت هذه المراصد العديد من الاكتشافات. لكن في مايو ، أعلن الباحثون في المرصدين في بيان مشترك أنهم اكتشفوا أكبر اصطدام للثقب الأسود ، حيث تبلغ كتلة واحدة 85 ضعف كتلة الثقب الأسود والأخرى 66 ضعف كتلة الشمس. تسبب اصطدام هذين الثقبين الأسودين في ثقب أسود تبلغ كتلته 142 ضعف كتلة الشمس. اكتشف علماء الفلك سابقًا ثقوبًا سوداء بحجم الشمس ، وعرفوا أن الثقوب السوداء الضخمة عادة ما تكون أثقل عدة ملايين مرة من الشمس في مركز المجرات. لكن في الماضي ، لم يعثروا على أي دليل على وجود ثقوب سوداء متوسطة الحجم. لا يزال التكوين الدقيق للثقوب السوداء يمثل لغزًا يحاول العلماء حله. في أكتوبر 2020 ، نشر LIGO و Virgo كتالوجًا لعشرات إشارات موجات الجاذبية المكتشفة بين أبريل وسبتمبر 2019. تم تسجيل 39 حدثًا في هذا الكتالوج.

قياس حركة النجوم حول القوس A *

يمكن أن تكون الحركات المحددة للنجوم بالقرب من مركز المجرة دليلًا قويًا على وجود ثقوب سوداء كبيرة الكتلة في مركز المجرة. منذ عام 1995 ، كان علماء الفلك يتتبعون حركة 90 نجمة حول الجسم غير المرئي القوس A *. من خلال مطابقة حركة هذه النجوم مع مدارات كبلر ، تمكن علماء الفلك من تحديد مدارات أقرب النجوم إلى مركز المجرة.

الصورة الأولى لثقب أسود

كان عام 2019 عامًا تاريخيًا لعلم الفلك. هذا العام ، التقط تلسكوب Event Hearing (ETH) أول صورة مباشرة للثقب الأسود. يقع الثقب الأسود في مركز المجرة M87 ، على بعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض. تُظهر هذه الصورة دائرة متوهجة حول مركز مظلم ، وهو ظل الثقب الأسود ؛ لكن كيف يمكن للعلماء تصوير مثل هذه المسافة من الثقب الأسود؟ سر هذه الصورة يكمن في عظمة التلسكوب. في الواقع ، فإن EventHeresen Telescope عبارة عن شبكة من التلسكوبات حول العالم.

كانت هناك العديد من المشاكل في التقاط صور الثقب الأسود. الثقوب السوداء هي في الأساس أجسام سوداء لا تصدر أي ضوء مرئي ، لذلك لا يمكن ملاحظتها مباشرة ؛ لكن هذه ليست المشكلة الوحيدة الكبيرة للثقب الأسود.

من الصعب ملاحظة الأجسام ذات الأحجام الزاويّة الصغيرة ؛ ولكن كيف يمكن ملاحظة كتلة صغيرة من الثقب الأسود في سماء الليل؟ تعتمد الدقة الزاوية للتلسكوب على معيارين: حجم الفتحة وطول موجة الضوء. يعطي استخدام الأطوال الموجية الأقصر (مثل الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية) وضوحًا أفضل ؛ ولكن في حالة صورة الثقب الأسود ، استخدم التلسكوب الطول الموجي للضوء في نطاق المليمتر. هذا الطول الموجي كبير جدًا مقارنة بالضوء المرئي. الضوء المرئي في نطاق 500 نانومتر.

هذا يعني أن الحل الوحيد لمشكلة الانكسار هو استخدام تلسكوب أكبر. لذلك كان EHT خيارًا جيدًا لالتقاط هذه الصورة. يتطلب هذا تلسكوبًا بحجم الأرض ، وهو أمر مستحيل عمليًا.
















نحن نقدر تعاونك
من فضلك اختر نوع التجاوز




شاهد ايضا




التعليقات

  • اكتب تعليق




مواضيع جديده




افضل 30 كاتب هذا الاسبوع

اكثر المواضيع مشاهدة علي الاطلاق