ما تريد معرفته عن الثقوب السوداء وتصحيح بعض الأخطاء المنتشرة حولها
بعد نشر آينشتاين نظريته “النسبيّة العامة” ببضعة أشهر، قام Karl Schwarzschild في أوائل عام 1916م بنشر ورقة بحثيّة تتضمن حلًا رياضيًا للنسبية العامة يوضح فيها أنّه إن كانت كتلة جسم ما كبيرة بما يكفي فإنّه سوف ينهار على نفسه، وجاء David Finkelstein عام 1958 ليوضح أنّه لا يمكن لشيء حتى الضوء أن يهرب من هذا الجسم، وفي عام 1964، سمى الصحفي John Wheeler هذا الجسم ب “الثقب الاسود“، وقد كانت خواص الثقوب السوداء غريبة مما جعل آينشتاين وأغلب مجتمع النسبيّة العامة يستهجنوا وجودها بشكلٍ ماديّ في الكون وظلَّت هذه النظرة مستمرة حتى عام 1964 حيث تم اكتشاف أول نجم نيوتروني، فاقتنع الباحثين بإمكانيّة وجود الثقوب السوداء.
– لماذا سمي الثقب الاسود بهذا الاسم؟
من خصائص الثقوب السوداء أن جاذبيتها كبيرة بحد يكفي لمنع الضوء من الهرب منها إلا في حالات نادرة جدًا ونتيجة لذلك لا نستطيع رؤيتها، وإنَّما نعرف وجودها عن طريق جاذبيتها، وذلك مثل الثقب الأسود العملاق الذي يقع في مركز مجرتنا ويدور كل ما في المجرة حوله.
وأيضًا لفظ مظلم أو أسود Dark في الفيزياء كثيرًا ما يشير إلى شيء نجهل الكثير عنه، مثل: المادة المظلمة والطاقة المظلمة Dark matter and Dark energy.
– كيف تنشأ الثقوب السوداء؟
لنعرف كيف تنشأ الثقوب السوداء يجب أن نعي أولًا القوى التي تؤثر على النجوم، وكيف تنتهي حياة النجوم.
إعلان
فالنجوم تؤثر عليها قوتين:
1- قوة جاذبية نحو مركز النجم نتيجة الكتلة، وهذه القوة تشد أطراف النجم نحو الداخل.
2- قوة طرد نتيجة الإنفجارات التي تحدث داخل النجم بسبب التفاعلات النووية الإندماجية التي تنتج طاقة النجوم الهائلة، وهذه القوة تدفع أطراف النجم إلى الخارج.
وعند وجود ما يكفي من الذرات لإتمام التفاعلات النووية، تكون قوة الجذب متساوية لقوة الطرد ويكون النجم في حالة اتزان، لكن مع الوقت وعبر مليارات السنين يبدأ وقود النجم من الذرات اللازمة للتفاعل الإندماجي بالنفاذ، فتصبح قوة الجذب نحو الداخل أقوى من قوة الطرد، فيتم جذب قلب النجم بفعل الجاذبية فينكمش وتزداد كثافته، وينفجر الغلاف الخارجي للنجم بعيدًا عنه في الفضاء، ويتحول قلب النجم المتبقي إلى قزم أبيض أو نجم نيتروني أو ثقب أسود وذلك اعتمادًا على كتلته ونصف قطره بعد الانكماش.
– هل يمكن أن يتحول كل شيء إلى ثقب أسود؟
نعم يمكن تحول أي شيء إلى ثقب أسود بشرط تحقيقه لشعاع شوارزشيلد Schwarzschild Radius، وسُمي بهذا الإسم نسبةً للعالم الألمانيّ الذي حل معادلات آينشتاين، وشعاع شوارزشيلد هو “المسافة التي يجب أن ينضغط فيها الجسم لتصبح جاذبيته قادرة على منع فوتونات الضوء من الهرب.”
وشعاع شوارزشيلد للشمس حوالي ثلاث كيلومترات وللأرض 0.88 سنتيمتر، أي أن الشمس والأرض يجب أن ينضغطوا في هاتين المسافتين ليتحولوا إلى ثقب أسود، وهو شيء لا يمكن حدوثه في الطبيعة.
ممّا يتكون الثقب الأسود؟
أولًا: نقطة التفرد Singularity وهي مركز الثقب الأسود حيث يحدث أقصى انحناء للزمكان.
ثانيًا: منطقة أفق الحدث Event Horizon وهي عبارة عن كرة خياليّة يساوي طولها طول شعاع شوارزشيلد. حيث أنّ الضوء داخل هذه المنطقة لا يستطيع الهروب، بينما الضوء خارجها يقدر على ذلك.
– لنأتي الآن للنقطة المهمة كيف تتحول النجوم لثقب أسود؟
يموت النجم بعد نفاذ وقوده فينكمش نحو الداخل بفعل قوة الجاذبية، وما يحدث بعد موته يعتمد على كتلته، لذا سنصنف النجوم إلى ثلاث حالات حسب الكتلة، وللتسهيل تكون المقارنة بكتلة الشمس.
أولًا- نجوم ذات كتلة أقل من خمس كتل شمسيّة:
ثانيًا- نجوم ذات كتلة أكبر من خمس وأقل من عشرين كتلة شمسية:
ثالثاً- نجوم ذات كتلة أكبر من عشرين كتلة شمسية:
– هل يمكننا رؤية الثقوب السوداء؟
لا يمكننا رؤيتها بشكل مباشر، ولكنّنا نستطيع معرفة وجودها بطريقتين:
-
الأولى: انبعاث أشعة سينية عند ابتلاعه لكتلة كبيرة
نتيجة جاذبية الثقب الأسود الشديدة، يقوم بابتلاع أي جسم يقترب منه فتزداد كتلته، لكن إذا كانت الكتلة التي يبتلعها كبيرة بما يكفي فيتكون حوله ما يسمى بقرص التضخم، ويحدث ارتفاع كبير في درجة الحرارة وتنبعث موجات سينيّة يمكننا رصدها.
-
الثانية: تأثير جاذبيتها على الأجرام المحيطة
– كيف حصلنا على الصور المنتشرة للثقوب السوداء رغم أنها لا تسمح للضوء بالهرب؟
– لما لا يستمر الثقب الأسود في الزيادة في الكتلة بابتلاع ما حوله من أجسام إلى أن يبتلع كل ما في الكون؟
![]()
بعض المعلومات الممتعة عن الثقوب السوداء:
- إذا حدث وسقطت في ثقب أسود، هناك نظرية تقترح أن الجاذبية ستجعل منك كالمعكرونة الإسباجيتي، وذلك لأن الفرق في الجاذبيّة بين رأسك وقدميك سيكون كبير جدًا فسيتم جذب رأسك بمقدار أكبر بكثير من قدميك، لذا ستموت قبل أن تصل لنقطة تفرد الثقب Singularity، ولكن لا تقلق فموتك بهذه الطريقة الفيزيائيّة الرائعة يستحق أن يتغنى به الشعراء وقد يخلدوا ذِكراك لآلاف السنين.
لكن هناك دراسة منشورة في “Nature” عام 2012 تفيد بأنّ التأثير الكميّ سيجعل من منطقة أفق الحدث Event Horizon كجدار ناري يحرق أي شيء يقترب منه.
- إذا اقترب نجم ما من ثقب أسود سوف يتحول إلى أجزاء.
- المصادر: 1- What Is a Black Hole?-Nasa 2- What is a black hole – mathematically 3- Black Holes-Nasa 4- Black Hole's -hubblesite 5- http://amazingspace.org/resources/explorations/blackholes/lesson/whatisit/history.html 6- How much mass make black hole 7-Schwarzschild Radius
إعلان
