من بين جميع الاجسام الكونية، نجد ان الثقوب السوداء هي الاكثر غرابة وتحديا الى حدود مذهلة. عندما تصبح الجاذبية من القوة بحيث تنتصر على جميع القوى الاخرى، وحتى الضوء يفقد القدرة على الافلات منها، تظهر ظواهر مدهشة، ليس اقلها انطلاق اشعات مرئية من محيط الثقب الاسود.
نجمة انفجرت عام 1979 لتكون سوبر نوفا SN 1979C تحولت بعد ذلك الى ثقب اسود تحت مراقبة العلماء. على مدى 12 عاما من الملاحظات من اربعة مراصد رونتجية اصبحت تصدر اشعاعات تنشأ غالبا عن المواد التي تسقط في ثقب اسود. هذه المرة الاولى التي يعثر فيها العلماء على ثقب اسود حديث ويسمح بمتابعته في تطوره. إضافة الى ذلك يؤكد النظرية عن ان النجوم التي تنفجر في سوبر نوفا يمكن ان تصبح ثقوب سوداء. هذا الثقب الاسود يقع في مجرة M100 في برج العذراء ويبعد عنا 50 مليون سنة ضوئية. ذلك ايضا يعني ان تشكل الثقب الاسود قد مضى عليه 50 سنة قبل وصول دلائله الينا.
في مجرة تبعد عنا مسافة 3,5 مليار سنة ضوئية، اكتشف الفلكيين اكبر ثقب اسود معروف لنا حتى اليوم. هذا الثقب الاسود يملك كثافة تصل الى 18 مليار شمس مثل شمسنا. هذا يعني ان مساحة القرص الاسود حول هذا الثقب الاسود اكبر من مساحة المجموعة الشمسية برمتها مرتين.
حول هذا الثقب الاسود يحوم ثقب اسود اخر اصغر منه، تصل كثافته الى 100 مليون كثافة شمسنا، ودورته الكاملة تنقضي خلال 12 سنة. عندما يصبح الثقب الاسود الصغير اقرب مايمكن من الثقب الكبير يمس السحابة الكونية الهائلة التي تحيط بالثقب الكبير، والمؤلفة من غاز وغبار كوني. هذا الامر يؤدي الى إضطراب هائل في منطقتهم.
من خلال دراسة هذا الاضطراب ، وهو اضطراب من الممكن رؤيته من خلال التلسكوب، تمكنت مجموعة من الباحثين , من وضع موديل لهذين الثقبين من مجرة OJ287. المعطيات التي تقدمها هذه الدراسة تشير الى الثقب الاسود يلعب دورا اساسيا في الكون.
مصطلح " الثقب الاسود" جاء من الفيزيائي John Wheeler, في مؤتمر لعلماء الفلك عام 1967، غير ان فكرة ان لجسم كوني قوة جاذبية هائلة، بحيث انه حتى الضوء لايستطيع الافلات منها لها جذور اقدم. منذ عام 1796 قام الرياضي Pierre Laplace, بحساب ماسيحدث إذا افترضنا ان هناك كرة كثيفة للغاية الى درجة ان سرعة الجذب اكبر من سرعة الضوء مما يجعل الضوء غير قادر على الافلات. عندها جرى ذكر تعبير " النجوم السوداء"، ولكن هذه الفكرة جرى اهمالها لعدة سنوات، بسبب الانطلاق من ان الضوء لايملك وزن وبالتالي لايمكن ان يتأثر بالجاذبية.
منذ ظهور نظرية النسبية العامة، لاينشتاين، اصبح من الممكن لاول مرة، وصف الثقب الاسود بطريقة لها معنى من وجهة نظر الفيزياء، غير انه انقضى وقت طويل الى ان تمكن علماء الفلك من استيعاب الامر بجدية. نظرية النسبية قادرة ان تفسر كيفية تأثر الضوء بالجاذبية، على الرغم من ان التفسير تجريدي بحت ويؤدي الى نشوء مفهوم البعد الرابع والانبعاج في الزمكان. لو فرضنا ان هناك رائد فضاء يتجه بأقدامه نحو ثقب اسود صغير، فإنه يشعر كيف ان اقدامه تصبح ثقيلة بالمقارنة مع بقية جسمه. في اللحظات التالية ينجذب على شكل خيط من الذرات الى داخل الثقب، تماما كما تخرج العجينة على شكل خيوط السباجيتي من الطرف الثاني. إذا كان الثقب الاسود كبير، فإن مرحلة السباجيتي تأتي عند عبور الجسم لحدود " افق الحدث"، والباقي يحتاج الى بضعة ثوان للوصول الى نقطة المركز. رائد الفضاء نفسه يشعر ان الامور احتاجت الى بضعة ثوان، في حين ان رائد فضاء اخر يراقب العملية سيرى الامور بطريقة اخرى. انه سيرى ان رائد الفضاء يقترب ببطء ، وفي النهاية سيجده قد تجمد في مكانه، تماما على حدود منطقة " افق الحدث". هذا الامر بسبب ان الضوء يحتاج الى وقت اكبر للابتعاد عن جسم الثقب الاسود. كلما كان الضوء اقرب كلما صارت حركة ابعاده ابطئ، مما يعني ان الزمن ابطئ قرب مناطق الجاذبية القوية، حسب نظرية النسبية.
وبدون الخوض في التفاصيل، يمكن وصف الثقب الاسود اليوم بمساعدة مفاهيم قليلة للغاية، مفهوم " كثافة" الثقب الاسود، يشكل البعد المركزي في مجموعة المفاهيم. كثافة الثقب الاسود هو الذي يقرر ابعاده. الكثافة بكاملها توجد في منتصف المساحة السوداء، وهي نقطة تسمى singularitet. والتي سأطلق عليها تعبير "النقطة" لاحقا. من حيث المبدأ، فإن هذه النقطة لاابعاد لها في حين لها كثافة عالية بصورة هائلة. الفيزيائيين لايعطون " النقطة" الكثير من اهتمامهم، إذ ان القوانين المعروفة لنا لافعل لها هناك. وبشكل عام يحاول الفيزيائييون ان يتفادوا استخدام " اللانهاية" في حساباتهم، غير ان تفاديهم نابع بالدرجة الاولى من عدم وجود طريقة اخرى والى حين إكتشاف معادلة توحد قوانين الفيزياء مع قوة الجاذبية. " النقطة" في مركز الثقب الاسود يحيط بها منطقة تسمى "افق الحدث". في إطار هذا الافق لايمكن للضوء الافلات، وهذا الامر هو الذي يقرر مساحة الثقب الاسود.
إذا نظرنا الى ثقب اسود لايدور حول نفسه، فإن قطره يتحدد من الكثافة فقط ويعكس ذلك معادلة بسيطة: القطر هو نفسه الكثافة محسوبة بعدد الشموس مضروب بثلاثة كيلومترات. وإذا كان الثقب الاسود من النوع الذي يدور حول نفسه، فذلك يعني انه " الزمكان" المحيط بالثقب الاسود مُجبر ان يدور معه ايضا وتسمى ايرغوسفير ergosfar. لذلك فمن المستحيل الوجود في حالة هدوء في منطقة الايرغوسفير، في حين ومن الناحية النظرية، يمكن للمركبة الفضائية ان تتدخل المنطقة وتخرج من طرف اخر بسرعة اضافية مكتسبة من دوران الايرغوسفير، غير انه لايمكن التنبوء في المكان الذي ستنتهي به الرحلة من حيث المكان والزمان.
لنتصور ان شمسنا تحولت الى ثقب اسود، هل سيؤثر ذلك على حركة كواكب المجموعة الشمسية. الحقيقة ان ذلك لن يؤثر. الارض وبقية الكواكب ستستمر بالدوران حول " الثقب الاسود" في مداراتها الحالية، إذ ان جاذبية الشمس لازالت هي نفسها لم تتغير. الفرق ان الكواكب ستدور حول دائرة سوداء قطرها ثلاثة كيلومترات، عوضا عن الدوران حول شمس.
كما نرى فإن الثقب الاسود لايشفط كل ماحوله، طالما انهم على بعد مناسب عن " افق الحدث". وإذا اقتربت سحابة كونية من الغاز الى جوار منطقة " افق الحدث"، ستنشأ صفيحة غازية تدور حول الثقب الاسود بسرعة تصل لبضعة الاف الكيلومترات في الثانية.
على الرغم من ان التغييرات تبقي الامور طبيعية، الا انه بالقرب من الثقب الاسود ستتغير الجاذبية بصورة دراماتيكية وعنيفة، حتى على بعد خفيف عن منطقة " افق الحدث". هذا يغعني ان اللقطر الداخلي للسحابة الكونية يملك سرعة دوران حول الثقب اعلى بكثير من سرعة دوران القطر الخارجي. هذا الاختلاف الكبير بالسرعة يخلق قوة احتكاك هائلة بين المكونات المختلفة للسحابة، مما يؤدي بدوره الى رفع درجة حرارة السحابة الى بضعة ملايين الدرجة.
الغازات الحارة تقوم ببعث اشعة الرونتغين، وهذا يشكل المفتاح لقدرتنا على " رؤية" الثقب الاسود. العديد من الثقوب السود تشكل مصدر شديد لإرسال اشعة الرونتجين، لتمكنهم من جذب غازات كثيفة الى مناطقهم. وكما نرى، فإن غازات الرونتغين المنبعثة، لاتأتي من داخل الثقب الاسود نفسه وانما من الغازات التي في طريقها الى داخل الثقب الاسود.
اليوم يعرف الفلكيين العديد من المصادر لاشعة الرونتغين. والمشكلة تبقى في القدرة على التمييز بين الاشعة الرونتغينية القادمة من ثقب اسود وبين الاشعة القادمة من مصدر اخر. هنا يعتمد الفلكيين على نظرية " نشوء النجوم".
النجوم الاكبر تنتهي حياتها بإنفجار "سوبر نوفا" ، حيث البنية الداخلية للنجمة تنهار. في الحلات الطبيعية ينتهي الانهيار بظهور نجمة نيترونية، لتكون مُمثل الشكل الاكثر كثافة للوجود المادي، تسمح به قوانين الفيزياء. نجمة نيترونية ذات قطر 20 كيلومتر ، تخلق قوة جاذبية تكون بضعة ملايين المرات اقوى من جاذبية الارض. السبب الوحيد لعدم ظهور المزيد من الانهيار في بنية النجمة النيترونية هو قوة ميكانيك الكم، الذي يتمكن من الوقوف ضد قوة الجاذبية. إذا كان حجم الشمس المنهارة يزيد عن حجم شمسنا بثلاث مرات، تنتصر قوة الجاذبية على قوى ميكانيك الكم في داخل الجزيئات، وعندها نحصل على ثقب اسود. لهذا السبب يبحث الفلكيين على سحابة كونية صغيرة وحارة للغاية ترسل اشعة الرونتغين، والغاز يدور حول نجمة غير مرئية، ذات كثافة تعادل ثلاثة شموس كشمسنا.
في مركز مجرة التبانة، يوجد ثقب اسود تعادل كثافته حوالي اربعة ملايين شمس. في مراكز مجرات اخرى توجد مؤشرات عن وجود ثقوب سوداء تصل كثافتها الى بضعة مليارات الشموس. وهذه الثقوب جرى اكتشافها بفضل اشعة الرونتغين الصادرة عنها. الفلكيين يلاحظون صدور اشعة رونتغينية من منطقة صغيرة في مركز المجرة. عادة ينطلق من مراكز المجرات تيارين من الاشعاعات لجزئيات نووية، بروتون واليكترون. التيارات من القوة والوضوح بحيث يطلق عليها تعبير " جيت" jet ، بسرعة تقترب من سرعة الضوء. بعض هذه التيارات يمكن ان تكون من مصادر تقع على بعد بضعة الاف سنوات ضوئية، وبالتالي يمكن ان يصلوا الى مسافات لايصل اليها الضوء الصادر عن المجرة ذاتها. هذه التيارات يمكن ان نراها ممتدة على مسافة بضعة الاف السنوات الضوئية في الفضاء. الجيت الصادر عن ثقب اسود يقع في مجرة Centaurus A, يعتبر مثالا نموذجيا على ذلك.
بفضل تليسكوب هوبيل تمكن العلماء من تصوير مركز العديد من هذه المصادر للمجرات النشطة. يمكن رؤية ان هذه الاشعة قادمة من صفائح لسحابات كونية غازية في حالة حركة دائرية حول ثقوب سوداء صغيرة غير مرئية، تصل كثافتها الى ملايين وعدة مليارات شمس.
هذه الملاحظات يمكن تفسيرها فقط من خلال إذا اعتبرنا ان هناك ثقب اسود كبير في وسط السحابة. إذ بما نملكه من معرفة اليوم لاتوجد بين ايدينا اية تفسيرات اخرى، يمكن ان توضح سبب لتجمع هذه الكثافة الهائلة في نقطة صغيرة.
بفضل عامل الاحتكاك بين مكونات مختلف طبقات الصفيحة الغازية تفقد السحابة ببطء طاقتها. هذا يعني ان الغاز سيقترب من الثقب الاسود، حيث يخلق تيارا حلزونيا، يتشابه مع تيار الماء الناشئ قرب بالوعة الحوض المائي. الغاز يقترب من الثقب الاسود، وعندما يتجاوز خط " افق الحدث" يصبح من المستحيل العودة. المادة يمكنها الدخول، ولكن لايمكنها الخروج.
قبل عام 1974 كان العالم يعتقد ان الثقب الاسود هو اسود فعلا، بمعنى انه لاشئ قادر على تفادي " افق الحدث"، غير ان الفيزيائي ستيفان هوكين تمكن من البرهنة على ان هناك نوع الاشعة الحرارية تنطلق خارجة من الثقب الاسود.
هذا الامر هو عبارة عن ردة فعل من " ميكانيك الكم"، له علاقة بظاهرة النشوء المستمر لما يسمى ازواج من الجزيئات المرئية (virtuella partiklar - virtual particle) من فراغ المكان. عادة، تقوم هذه الجزيئات بالقضاء على بعضها البعض على الفور، ولكن قرب " افق الحدث" يمكن ان يحدث ان احد اطراف الزوج يسقط في الثقب الاسود في حين يفلت الطرف الاخر. هذا الوصف تجريدي للغاية، ولكن النتيجة تبقى ان جميع الثقوب السود يفقدون طاقة وبالتالي كثافة، بسبب ظاهرة " اشعة هوكين". (Hawkingstrålning - Hawking radiation). غير ان الحسابات تشير الى ان الثقوب السوداء الضخمة تتبخر ببطء هائل، بحيث انها تحتاج الى بضعة مليارات من السنين قبل ان تزول.
من الناحية النظرية، يمكن ايضا نشوء ثقوب سوداء كثافتها اقل من غرام واحد ومافوق. مثل هذه الثقوب يمكن ان تكون قد نشأت بالعلاقة مع حدوث الانفجار العظيم. مثل هذه الثقوب الميكروسكوبية ستتبخر بسرعة، ولكن لم يحدث ابدا ان تمت ملاحظة ثقب اسود في طريقه للموت، ولذلك فالثقوب الصغيرة لم تخرج عن المجال النظري.
بغض النظر عن هذه الثقوب الصغيرة، يجري تقسيم الثقوب السوداء الى ثلاثة مجموعات:
السوبر ثقب اسود، ويتكون من بضعة ملايين الى بضعة مليارات من الشموس، والثقوب السوداء المتوسطة، وتتكون من بضعة مئات الى بضعة الاف شمس، واخير الثقوب السوداء الصغيرة، وتتكون من بضعة شموس. الثقوب السوداء الصغيرة تكون نتيجة انفجار لسوبرنوفا. لقد جرت ملاحظتهم بإستمرار في منظومات النجوم الزوجية، حيث الثقب الاسود يرقص مع نجمة عادية. الثقب يسحب الغاز من النجمة ويخلق سحابة كونية حوله. الاشعة الرونتغينية الصادرة عن السحابة هي التي تكشف وجود الثقب. من المحتمل للغاية ان مجرة التبانة تخفي في طواياها العديد من الثقوب الصغيرة والتي ليست جزء من منظومة ثنائية. مثل هذه الثقوب يمكن ان تكون بدون سحابة كونية، وبالتالي لايمكن اكتشافها.
تقريبا لانعرف ثقوب سوداء تنتمي الى المجموعة المتوسطة. لقد حصلنا على ملاحظات فردية، من بينها الثقب الاسود في المجرة M82, والذي كثافته 600 شمس. لهذا السبب من الصعب الوصول الى نظرية تفسر كيفية نشوء الثقوب السوداء المتوسطة. احدى النظريات تقول ان بضعة ثقوب صغيرة تتحد لتشكل ثقب واحد متوسط. لازلنا لانعلم فيما اذا كانت قلة عثورنا عليهم بسبب ندرتهم او بسبب صعوبة رؤيتهم.
الثقوب الهائلة توجد فقط في مراكز المجرات، وكما نعلم فجميع المجرات تملك في مراكزها ثقوبا سوداء. من الناحية النظرية لاتوجد حدود للكثافة التي يستطيع الثقب الاسود الوصول اليها. الثقب الاسود الذي عُثر عليه مؤخرا OJ287, كثافته 18 مليار شمس، من المؤكد انه ليس الاعظم في الكون. في دراسة حديثة قامت مجموعة من الباحثين بنشرها في يونيو من عام 2009، ان الثقوب السوداء الهائلة، وصلت لضخامتها قبل ان تظهر المجرة، ولكن لازال من المجهول كيف ظهرت هذه الثقوب في البداية. غير انه من المؤكد ان هذه الثقوب العظمى لعبت دورا اساسيا في توجهات نشوء الكون المبكر.
احدى اكثر الاكتشافات اثارة في هذا المجال هو عثور التلسكوبي Candra X ray Observatory, بالاشعة المافوق بنفسجية على اجسام كونية موجودة في حلقة اطلق عليها Arp 147 وتبعد عن الارض 430 مليون سنة ضوئية، وبين نجوم الحلقة توجد تسعة ثقوب سوداء وبالقرب منهم مجرة اهليجية. التلسكوب تمكن من العثور على المجموعة بفضل الاشعة الصادرة عنهم والمميزة للثقوب السوداء. ومانراه في الصورة هو نتاج لتصادم مجرتين الاولى حلزونية ( الى اليمين) والتي لم يبقى منها الكثير والثاني اهليجية ( الى اليسار). التصادم ادى الى نشوء عدد من النجوم الزرقاء. ولكن مثل هذه النجوم لاتعيش فترة طويلة وتموت بالانفجار على شكل سوبرنوفا او تتحول الى ثقب اسود.
توجد العديد من الاعتقادات حول الثقب الاسود، منها ان بالامكان استخدامه ليكون نفق في الزمن، يسمى Wormholes بحيث يربط نقطتين في الكون مع بعضهم مستغلا الانبعاج في الزمكان. من الناحية النظرية فإن ثقب اسود يدور حول نفسه قادر على خلق ثقب في الزمكان، السقوط فيه يفترض ان يؤدي الى الخروج في منطقة اخرى من الزمكان. الطرف الاخر هو مضاد للثقب الاسود ويسمى الثقب الابيض. مثل هذا الثقب هو حل نظري لمعادلة تتكون منها نظرية النسبية، ولكن لايوجد مايدل على ان المعادلة تصف شئ موجود فعلا. هذا الحل يمكن الحصول عليه من خلال اعطاء الزمن لقيم عكسية في المعادلة، بمعنى جعله يعود الى الوراء، عندها نحصل على منطقة تبعد المادة عنها عوضا عن ان تجذبها اليها. غيران الفيزيائيين يعلمون الفرق بين المعادلات الرياضية والظواهر الطبيعية، وتوجد العديد من الامثلة على ذلك. نفق الزمكان الذي يظهر نظريا، غير مستقر وسينهار عند اي اقل تغيير في القيم الحسابية. وحتى لو تمكنا من العثور على طريقة لخلق الاستقرار في مثل هكذا نفق، فإنه ممتلئ بالاشعاعات العالية القاتلة، إذا كان المرء لم يموت بسبب " سباجيتي" الثقب الاسود.
وإضافة لكل ذلك هناك مشاكل التناقضات المنطقية التي يتضمنها إمكانية تحقيق رحلات خلال الزمن، وقد اشار الفيزيائي هوكين قائلا:" إذا كانت الرحلة خلال الزمكان ممكنة، فلماذا لانرى القادمين الينا من المستقبل؟"
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق