أصغر من حبة الأرز لكنه يبتلع أجرام السماء العملاقة.. إنه الثقب الأسود!
الثقوب السوداء والأكوان الناشئة
الثقب الأسود هو أحد أروع الأشياء في الفضاء. هذه المناطق شديدة الكثافة من الزمكان ضخمة جدًا لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء أن يفلت من جاذبيته. نتيجة لذلك، تظهر الثقوب السوداء كفراغات مظلمة في سماء الليل. على الرغم من أننا لا نستطيع رؤيتها، يمكننا أن نتعلم الكثير عن الثقوب السوداء من خلال دراسة التأثيرات التي تحدثها على محيطها. على سبيل المثال، يمكن للثقوب السوداء تشويه الزمكان وتسبب نفاثات قوية من الإشعاع.
الثقوب السوداء والأكوان الناشئة
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان حيث تسحب الجاذبية المادة إلى الداخل لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، الإفلات من جاذبيته. بمجرد سحب كمية معينة من المادة إلى الثقب الأسود، فإنها تشكل أفق حدث: حدود لا يمكن للأحداث من خلالها التأثير على مراقب خارجي. عندما يتم سحب الزمكان حول الثقب الأسود إلى الداخل، فإنه يتشوه ويمتد مثل الصفيحة المطاطية. يُعرف هذا التأثير باسم السباغيتيت. إذا سقطت بقدمك أولاً في ثقب أسود، فسوف تتمدد مثل السباغيتي قبل أن تسحب إلى الثقب الأسود نفسه. بمجرد دخولك إلى أفق الحدث، ستتعرض لقوة جاذبية شديدة من شأنها أن تسحقك في نقطة واحدة. تُعرف هذه النقطة باسم التفرد: نقطة في الزمكان حيث تنهار قوانين الفيزياء.
الثقوب السوداء والسفر عبر الزمن
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان تسحب فيها الجاذبية المادة والطاقة بحيث لا يتمكن أي شيء، ولا حتى الضوء، من الهروب. السفر عبر الزمن هو مفهوم التنقل بين لحظات مختلفة من الزمن، عادةً باستخدام نوع من المركبات أو الآلات. تم اقتراح الثقوب السوداء كوسيلة ممكنة للسفر عبر الزمن، على الرغم من عدم وضوح كيفية عمل ذلك. اقترح بعض العلماء أنه إذا تمكنت من دخول ثقب أسود والبقاء على قيد الحياة، فقد تتمكن من السفر إلى وقت أو مكان آخر. ومع ذلك، لا يوجد دليل علمي يدعم هذه الفكرة وليس من الواضح كيف يمكن أن يكون ذلك ممكنًا.
نبذة عن حياة اينشتاين
كان ألبرت أينشتاين عالم رياضيات وفيزيائيًا ألمانيًا يُعتبر على نطاق واسع أحد أكثر العلماء تأثيرًا في القرن العشرين. اشتهر بنظريته النسبية، وكذلك عمله على طبيعة الضوء وتطور نظرية الكم. ولد أينشتاين في أولم بألمانيا عام 1879. أظهر اهتمامًا مبكرًا بالعلوم، لكنه لم يكن طالبًا متميزًا في المدرسة. في النهاية التحق بمعهد زيورخ للفنون التطبيقية، حيث درس الفيزياء. بعد التخرج، عمل كاتب براءات اختراع في برن، سويسرا. خلال هذا الوقت طور نظريته في النسبية الخاصة. في عام 1905، نشر أينشتاين أربع أوراق بحثية رائدة، بما في ذلك واحدة عن التأثير الكهروضوئي الذي سيفوز به جائزة نوبل في عام 1921. في عام 1915، أكمل نظريته العامة في النسبية.
النظرية النسبية العامة للعالم أينشتاين
في الفيزياء، النسبية العامة هي النظرية الهندسية للجاذبية التي نشرها ألبرت أينشتاين في عام 1915 والوصف الحالي للجاذبية في الفيزياء الحديثة. تعمل النسبية العامة على تعميم النسبية الخاصة وقانون الجاذبية الكونية لنيوتن، مما يوفر وصفًا موحدًا للجاذبية باعتبارها خاصية هندسية للمكان والزمان، أو الزمكان. على وجه الخصوص، يرتبط انحناء الزمكان ارتباطًا مباشرًا بالطاقة والزخم لأي مادة أو إشعاع موجود. يتم تحديد العلاقة بواسطة معادلات مجال أينشتاين، وهي نظام من المعادلات التفاضلية الجزئية. تختلف بعض تنبؤات النسبية العامة اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالفيزياء الكلاسيكية، خاصة فيما يتعلق بمرور الوقت وهندسة الفضاء. تتضمن أمثلة هذه الاختلافات تمدد وقت الجاذبية، وعدسات الجاذبية، والانزياح الجاذبي للضوء إلى الأحمر. تم تأكيد تنبؤات النسبية العامة فيما يتعلق بالفيزياء الكلاسيكية في جميع الملاحظات والتجارب حتى الآن على الرغم من أن النسبية العامة ليست النظرية النسبية الوحيدة للجاذبية.
ماذا تعني كلمة الزمكان؟
في الفيزياء، الزمكان هو أي نموذج رياضي يجمع بين المكان والزمان في سلسلة متصلة واحدة. عادة ما يتم تفسير الزمكان مع الفضاء على أنه ثلاثي الأبعاد والوقت يلعب دور البعد الرابع الذي هو من نوع مختلف عن الأبعاد المكانية. من خلال الجمع بين المكان والزمان في متشعب واحد، قام الفيزيائيون بتبسيط عدد كبير من النظريات الفيزيائية بشكل كبير، وكذلك وصفوا بطريقة أكثر اتساقًا طريقة عمل الكون على المستويين الفائق ودون الذري.
نشأة النجوم منذ ولادتها إلى وفاتها
يتكون النجم من انهيار الجاذبية لسديم غازي من مادة تتكون أساسًا من الهيدروجين، جنبًا إلى جنب مع الهيليوم وكميات ضئيلة من العناصر الثقيلة. بمجرد أن يصبح اللب النجمي كثيفًا بدرجة كافية، يتحول الهيدروجين بشكل مطرد إلى هيليوم من خلال الاندماج النووي، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في هذه العملية. يحمل الجزء المتبقي من الجزء الداخلي للنجم الطاقة بعيدًا عن اللب من خلال مزيج من الحمل الحراري والإشعاع. يمنع الضغط الداخلي للنجم من المزيد من الانهيار تحت تأثير جاذبيته. تقضي معظم النجوم معظم حياتها في دمج العناصر الأخف في القلب، ثم تستنفد وقودها في النهاية وتخضع لتطور دراماتيكي. عندما لا يولد الاندماج ضغطًا كافيًا لمواجهة الجاذبية، سيبدأ قلب النجم في الانهيار مع تولي الجاذبية زمام الأمور.
نشأة الثقب الأسود
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان حيث تسحب الجاذبية الكثير بحيث لا يستطيع أي شيء – ولا حتى الضوء – الهروب. استخدم عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جون أرشيبالد ويلر مصطلح “الثقب الأسود” لأول مرة في عام 1963. وتنبأت نظرية النسبية لأينشتاين بوجود ثقوب سوداء في عام 1916، وكان الفيزيائي الألماني كارل شوارزشيلد أول من وجد حلًا لحقل أينشتاين. المعادلات في نفس العام. لطالما اعتبرت الثقوب السوداء فضول رياضي. لم يكن حتى ستينيات القرن الماضي عندما أظهر العمل النظري أنها كانت تنبؤًا عامًا للنسبية العامة. أثار اكتشاف جوسلين بيل بورنيل وأنتوني هيويش للنجوم النيوترونية في عام 1967 عملًا نظريًا يشير إلى أن مثل هذه الأجسام قد تكون نقاط النهاية لتطور النجوم، وأنها قد تنبعث منها إشعاعات كهرومغناطيسية عند انهيارها.
مم يتكون الثقب الأسود؟
يحتوي الثقب الأسود عادةً على كتلة مكافئة لكتلة نجم كبير، مضغوطة في مساحة صغيرة. ينتج عن هذا مجال جاذبية قوي للغاية، لا يمكن حتى للضوء الهروب منه. تُعرف حافة الثقب الأسود بأفق الحدث، وهي تمثل نقطة اللاعودة. أي شيء يعبر أفق الحدث يتم احتجازه بشكل فعال داخل الثقب الأسود إلى الأبد.
أصل الثقب الاسود
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان لا يستطيع أي شيء الهروب منها، ولا حتى الضوء. تتنبأ نظرية النسبية العامة بأن كتلة متماسكة بما فيه الكفاية يمكن أن تشوه الزمكان لتشكيل ثقب أسود. تسمى حدود المنطقة التي لا يمكن الهروب منها بأفق الحدث. على الرغم من أن عبور أفق الحدث له تأثيرات هائلة على مصير الكائن الذي يعبره، إلا أنه يبدو أنه لا يحتوي على ميزات يمكن اكتشافها محليًا. من نواحٍ عديدة، يعمل الثقب الأسود كجسم أسود مثالي، يمتص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط ولا يعكس شيئًا، إذا كان كرويًا تمامًا. تتشكل الثقوب السوداء بشكل شائع عن طريق الانهيار الثقالي للنجوم الضخمة في نهاية دورات حياتها. النجوم التي تزيد كتلتها عن عشرة أضعاف كتلة الشمس (M☉) ستنهي حياتها في مستعر أعظم، التخلص من معظم كتلتها أو كلها في هذه العملية تاركًا وراءها بقايا نجمية كثيفة تتكون في الغالب من النيوترونات.
الثقب الأسود ما هو إلا نجم!
في بدايات الكون، كانت هناك نجوم ضخمة تحترق وقودها بسرعة ثم انفجرت في مستعرات أعظم لامعة. كانت هذه الانفجارات قوية جدًا لدرجة أنها خلقت مجالات جاذبية هائلة ضغطت الغاز والغبار المجاورين معًا. تسبب هذا الضغط في تكوين الثقوب السوداء. الثقوب السوداء هي مساحات من الفضاء تم فيها ضغط المادة في مساحة صغيرة بشكل لا يصدق. الجاذبية حول الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء الهروب منه. كلما سقط المزيد من المادة في الثقب الأسود، يزداد حجمها وتصبح جاذبيتها أقوى.
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان تكون فيها الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يستطيع أي شيء – ولا حتى الضوء – الهروب منها. تتنبأ نظرية النسبية العامة بأن كتلة متماسكة بما فيه الكفاية يمكن أن تشوه الزمكان لتشكيل ثقب أسود. تسمى حدود المنطقة التي لا يمكن الهروب منها بأفق الحدث. على الرغم من أن عبور أفق الحدث له تأثيرات هائلة على مصير الكائن الذي يعبره، إلا أنه يبدو أنه لا يسبب أي تأثيرات محلية، مما يعني أن المراقب خارج الثقب الأسود لا يمكنه اكتشاف أن جسمًا قد عبر الأفق. من نواحٍ عديدة، يعمل الثقب الأسود كجسم أسود مثالي، يمتص كل الإشعاع الكهرومغناطيسي الوارد ولا يعكس شيئًا، ولهذا السبب لا يمكن ملاحظته بشكل مباشر.
تعتبر الثقوب السوداء من بين أكثر الأشياء روعة في الكون. هم أيضًا من أكثرها غموضًا. الثقب الأسود هو منطقة من الفضاء تم فيها ضغط المادة في حالة شديدة الكثافة. الجاذبية في الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء الهروب منه. تم اكتشاف أول ثقب أسود في عام 1971، لكن فكرة وجوده تعود إلى القرن الثامن عشر. في عام 1784، اقترح عالم الفلك الإنجليزي جون ميشيل وجود “نجوم مظلمة” – أجسام ضخمة جدًا ومضغوطة لدرجة أن قوة جاذبيتها ستكون قوية بما يكفي لمنع حتى الضوء من الهروب. تنبأت نظرية الفيزيائي الأمريكي ألبرت أينشتاين عن النسبية العامة بوجود ثقوب سوداء في عام 1915.
أنواع الثقوب السوداء بمجرتنا
الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان حيث تسحب الجاذبية المادة بإحكام شديد بحيث لا يمكن لأي شيء – ولا حتى الضوء – الإفلات من قبضتها. نظرًا لأنها كثيفة بشكل لا يصدق ولديها قوة جاذبية قوية، يمكن للثقوب السوداء أن تشوه الوقت والزمكان من حولها. يُعتقد أن مجرتنا، درب التبانة، تحتوي على حوالي 100 مليون ثقب أسود!
[2] الثقوب السوداء الهائلة أكثر روعة – يمكن أن تكون كتلة شمسنا بمليارات المرات!
[3] يُعتقد أن كل كتلة كبيرة تحتوي المجرة على ثقب أسود هائل في مركزها. يُطلق على الثقب الأسود الهائل في مجرتنا اسم القوس A * (يُنطق “Sag”)
كيف تم تصوير الثقب الأسود؟
الثقوب السوداء هي أجسام فلكية شديدة الكثافة مع مجال جاذبية قوي جدًا بحيث لا يمكن لأي شكل من أشكال الإشعاع الهروب منه. هذا يعني أنه لا يمكن ملاحظتها مباشرة بواسطة التلسكوبات. ومع ذلك، فقد تم تطوير طرق غير مباشرة لتصويرها. تتمثل إحدى هذه الطرق في استخدام تلسكوب كبير جدًا لمراقبة تأثيرات الثقب الأسود على محيطه، مثل الطريقة التي ينحني بها الضوء ويشوهه. طريقة أخرى هي تتبع حركات النجوم التي تدور حول الثقب الأسود، واستخدام المحاكاة الحاسوبية لإنشاء صورة للثقب الأسود بناءً على هذه البيانات.
الثقب الأسود من الظلام إلى النور
تم تصوير الثقب الأسود باستخدام شبكة من التلسكوبات حول العالم. هذه الشبكة تسمى Event Horizon Telescope (EHT). التقط EHT صورًا للثقب الأسود في مركز المجرة M87. تم التقاط هذه الصور في أبريل من عام 2019. تعمل EHT من خلال التقاط صور حساسة للغاية للثقب الأسود. الثقب الأسود ضخم جدًا لدرجة أنه ينحني الضوء حوله. هذا يجعل من الصعب التقاط صورة للثقب الأسود مباشرة. بدلاً من ذلك، يلتقط EHT صورًا لظل الثقب الأسود. الظل هو المنطقة التي ينحني فيها الضوء كثيرًا بحيث لا يستطيع الهروب من الثقب الأسود. التقط EHT صورًا للثقب الأسود بأطوال موجية مختلفة من الضوء. سمح هذا للعلماء بمعرفة كيف بدا الثقب الأسود في أعماق مختلفة. التقط EHT أيضًا صورًا في ضوء مستقطب.
هل من الممكن أن تتحول الأرض إلى ثقب أسود؟
لا، ليس من الممكن أن تتحول الأرض إلى ثقب أسود. بينما تمتلك الأرض كتلة كبيرة، إلا أنها ليست كبيرة بما يكفي للانهيار على نفسها وإنشاء ثقب أسود. الثقوب السوداء هي أجسام كثيفة بشكل لا يصدق لها قوة جاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن حتى للضوء الهروب منها. لا تمتلك الأرض الكتلة أو الكثافة اللازمة لتكوين مثل هذه القوة الجاذبية الشديدة.
هل ستصبح الشمس ثقب أسود؟
لا، لن تصبح الشمس ثقبًا أسودًا أبدًا. الشمس ليست ضخمة بما يكفي لتكوين ثقب أسود. لكي ينهار نجم في ثقب أسود، يجب أن يكون أكبر بثلاث مرات على الأقل من شمسنا. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشمس تتساقط باستمرار على شكل رياح شمسية. لذا، حتى لو كانت الشمس أكثر ضخامة، فإنها ستفقد في النهاية كتلة كافية لمنعها من أن تصبح ثقبًا أسود.
مقارنة بين الكرة الأرضية والشمس والثقب الأسود من حيث الجاذبية
الثقب الأسود هو جسم له قوة جاذبية شديدة لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء الهروب منه. تبلغ كتلة الشمس حوالي 333000 مرة كتلة الأرض ولديها قوة جاذبية تبلغ حوالي 28 مرة قوة جاذبية الأرض. على الرغم من أنها أكبر بكثير من الأرض، إلا أن جاذبية الشمس أقوى بنسبة 2.5٪ فقط من جاذبية الأرض. هذا لأن قطر الشمس يبلغ حوالي 100 ضعف قطر الأرض، لذلك تتناقص جاذبيتها مع المسافة بسرعة أكبر من قطر الأرض. من ناحية أخرى، يمتلك الثقب الأسود قطرًا أكبر بقليل من نصف قطر شوارزشيلد (النقطة التي لا يستطيع الضوء عندها الهروب)، لذلك تقل جاذبيته ببطء شديد مع المسافة. نتيجة لذلك، يمكن أن تكون جاذبية الثقب الأسود أقوى بملايين أو بلايين المرات من جاذبية الشمس على نفس المسافة من الثقب الأسود.
يمتلك الثقب الأسود قوة جاذبية أقوى بمليارات المرات من قوة الشمس. وكثافته عالية بشكل لا يمكن تصوره: من أجل الحصول على نفس كثافة الثقب الأسود، يجب عليك ضغط جسم بحجم الأرض في مساحة لا تزيد عن حبة البازلاء!
واو، كان هذا كثيرًا للاستيعاب! إذا كنت لا تزال معنا، فتهانينا على الوصول إلى النهاية. نأمل أن تكون قد وجدت هذه المقالة مفيدة ومثيرة للاهتمام. إذا كان لديك أي أسئلة أو تعليقات، فلا تتردد في تركها أدناه. وتأكد من إعادة التحقق قريبًا للحصول على المزيد من المحتوى مثل هذا!
