الثقوب السوداء: التعريف والخصائص

تعريف الثقوب السوداء:

الثقوب السوداء هي مناطق في الفضاء، حيث تتراكم كمية هائلة من الكتلة في حجم صغير. هذا يخلق جاذبية قوية للغاية، بحيث لا يمكن حتى للضوء الهروب. يتم إنشاؤها عندما تنهار النجوم العملاقة، عندما تستنفذ الوقود الحراري النووي الداخلي في جوهرها في نهايته الحياة، فيصبح اللب غير مستقر وينهار النجم جاذبيًا داخليًا على نفسه، وتتطاير الطبقات الخارجية للنجم بعيدًا. يضغط الوزن الساحق للمادة المكونة المتساقطة من جميع الجوانب على النجم المحتضر إلى نقطة حجمها صفر وكثافة لانهائية تسمى التفرد. تبهر الثقوب السوداء كلاً من الجمهور والعلماء، فهي تزيد من حدود فهمنا للمادة والمكان والزمان. فقط النجوم الأكثر ضخامة، تلك التي تزيد كتلتها عن ثلاث كتل شمسية تصبح ثقوبًا سوداء في نهاية حياتها. النجوم ذات الكتلة الأقل تتطور إلى أجسام أقل ضغطًا، إما أقزام بيضاء أو نجوم نيوترونية.

إحدى الخطوات الأولى نحو اكتشاف الثقوب السوداء، كانت على يد أستاذ بجامعة شيكاغو ونوبل. سوبراهمانيان شاندراسيخار الحائز على الجائزة، عندما أدرك أن النجوم الضخمة يجب أن تنهار بعد نفاد الوقود لتفاعلات الاندماج التي تبقيها ساخنة ومشرقة.

الكون مليء بالثقوب السوداء. في العقد الماضي، اكتشف العلماء إشارات اصطداماتهم والتقطوا صوراً للضوء من الغاز الذي يدور حولهم، وقد ساعدنا هذا في تعلم أشياء كثيرة عن الكون. على سبيل المثال، ساعدتنا الثقوب السوداء في اختبار نظرية أينشتاين للنسبية العامة، والتي تصف كيفية ارتباط الكتلة والفضاء والوقت ببعضها البعض. يعتقد العلماء أن بإمكانهم إخبارنا بالمزيد عن هذه القواعد الأساسية للكون وغيرها.

لا يستطيع الناس رؤية الثقوب السوداء. لأنها غير مرئية. يمكن أن تساعد التلسكوبات الفضائية المزودة بأدوات خاصة في العثور على الثقوب السوداء. يمكن للأدوات الخاصة أن ترى كيف تتصرف النجوم القريبة جدًا من الثقوب السوداء بشكل مختلف عن النجوم الأخرى.

في السنوات الأخيرة، رسمت أجهزة ناسا صورة جديدة لهذه الأجسام الغريبة التي تعتبر بالنسبة للكثيرين أروع الأشياء في الفضاء.

فكرة وجود جسم في الفضاء كثيف وضخم لدرجة أن الضوء لا يستطيع الهروب منه كانت موجودة منذ قرون. حيث أن الثقوب السوداء تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين، والتي أظهرت أنه عندما يموت نجم ضخم، فإنه يترك وراءه نواة صغيرة كثيفة. أظهرت المعادلات أنه إذا كانت كتلة اللب أكبر بثلاث مرات من كتلة الشمس، فإن قوة الجاذبية تغلب على جميع القوى الأخرى وتنتج ثقبًا أسود.

لا يمكن للعلماء مراقبة الثقوب السوداء بشكل مباشر باستخدام التلسكوبات التي تكتشف الأشعة السينية أو الضوء أو أي أشكال أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي. ومع ذلك، يمكننا استنتاج وجود الثقوب السوداء ودراستها من خلال اكتشاف تأثيرها على مادة أخرى قريبة. إذا مر الثقب الأسود عبر سحابة من المادة بين النجوم، على سبيل المثال، فإنه سيرسم المادة إلى الداخل في عملية تُعرف باسم التراكم. يمكن أن تحدث عملية مماثلة إذا مر نجم عادي بالقرب من ثقب أسود. في هذه الحالة، يمكن للثقب الأسود أن يمزق النجم بينما يسحبه نحو نفسه. عندما تتسارع المادة المنجذبة وتسخن، تبعث أشعة سينية تشع في الفضاء. تقدم الاكتشافات الحديثة بعض الأدلة المحيرة على أن الثقوب السوداء لها تأثير كبير على الأحياء المحيطة بها حيث تنبعث منها انفجارات قوية من أشعة جاما، تلتهم النجوم القريبة،

حجم الثقوب السوداء:

تكون الثقوب السوداء كبيرة أو صغيرة. حيث يعتقد العلماء أن أصغر الثقوب السوداء يكون بحجم ذرة واحدة فقط. ولكن لها كتلة كبير جدا. نوع آخر من الثقوب السوداء يسمى "نجمي". يمكن أن تصل كتلته إلى 20 مرة أكثر من كتلة الشمس. قد يكون هناك العديد من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في مجرة ​​الأرض. تسمى أكبر الثقوب السوداء "فائقة الكتلة". هذه الثقوب السوداء لها كتل تزيد عن مليون شمس معًا. وجد العلماء دليلاً على أن كل مجرة ​​كبيرة تحتوي على ثقب أسود هائل في مركزها. يسمى الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرة ​​درب التبانة القوس أ. له كتلة تساوي حوالي 4 ملايين شمس

كيف تتشكل الثقوب السوداء؟

ـ تتمثل إحدى طرق تكوين الثقب الأسود في انهيار نجم هائل في نهاية حياته. كان البروفيسور سوبرامانيان شاندراسيخار أول من حسب أنه عندما يحرق نجم ضخم كل وقوده، فإنه سينهار. تم الاستهزاء بالفكرة في البداية، لكن علماء آخرين حسبوا أن النجم يستمر في السقوط إلى الداخل نحو مركزه إلى الأبد، وبالتالي خلق ما أطلقنا عليه اسم ثقب أسود.

ـ يمكن أن تنمو الثقوب السوداء بشكل أكبر بمرور الوقت لأنها "تأكل" الغاز والنجوم والكواكب وحتى الثقوب السوداء الأخرى!

ـ هناك نوع آخر من الثقوب السوداء يسمى الثقب الأسود فائق الكتلة. هذه أضخم من أن تكونت بسبب انهيار نجم واحد؛ لا يزال لغزا كيف يتشكلون. يمكن للثقوب السوداء أن تأكل الثقوب السوداء الأخرى، لذلك من الممكن أن تكون الثقوب الفائقة الكتلة مكونة من العديد من الثقوب السوداء الصغيرة المدمجة معًا. قال البروفيسور هولز: "أو ربما كانت هذه الثقوب السوداء الكبيرة جائعة بشكل خاص، وأكلت الكثير من محيطها لدرجة أنها نمت إلى حجم هائل".

ـ يعتقد العلماء أن أصغر الثقوب السوداء تكونت عند نشأة الكون.

ـ تتكون الثقوب السوداء النجمية عندما يسقط مركز نجم كبير جدًا على نفسه أو ينهار. عندما يحدث هذا، فإنه يتسبب في حدوث مستعر أعظم. المستعر الأعظم هو نجم ينفجر جزءًا منه في الفضاء.

ـ يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء الهائلة قد نشأت في نفس الوقت الذي تكون فيه المجرة.

ـ من الممكن أن تكون هناك طريقة أخرى لصنع ثقب أسود لا نعرف عنها حتى الآن.

هل يمكن للثقب الأسود أن يدمر الأرض؟

لا يوجد ثقب أسود قريب بما يكفي من النظام الشمسي حتى يتمكن من القيام بذلك، حتى لو أخذ ثقب أسود بنفس كتلة الشمس مكان الشمس، فلن تسقط الأرض فيه. لأنه سيكون للثقب الأسود نفس جاذبية الشمس. حيث لن تتحول الشمس أبدًا إلى ثقب أسود. لأن الشمس ليست نجمًا كبيرًا بما يكفي لتكوين ثقب أسود.

كيف تبدو الثقوب السوداء؟

الثقوب السوداء نفسها غير مرئية، فهي لا تصدر أي ضوء تقريبًا وبالتالي لا يمكن رؤيتها مباشرة. لكن توجد عدة طرق للعثور عليها.

1 ـ من خلال البحث عن الأشياء التي تتساقط فيها:

إذا كانت المادة تسقط في ثقب أسود، فإنها تنتقل بسرعات عالية بحيث تسخن وتتوهج بشدة، ويمكننا اكتشاف ذلك. (هذه هي الطريقة التي التقط بها Event Horizon Telescope صوره الأولى الشهيرة للثقوب السوداء.) ويأمل العلماء في استخدام هذه الطريقة لمعرفة المزيد حول كيف وماذا "تأكل" الثقوب السوداء.

2 ـ من خلال قوة جاذبيتها تسحب أشياء أخرى:

يمكننا أن نجد الثقوب السوداء من خلال مراقبة تحركات الأجسام المرئية من حولها. على سبيل المثال، جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أن النجوم القريبة ستدور حولها، لذلك يمكننا البحث عن النجوم التي تتصرف بشكل غريب حول بقعة من الفضاء "الفارغ". من هذا يمكننا حساب مقدار الثقل الذي يجب أن يكون عليه هذا الثقب الأسود بالضبط. هذه هي الطريقة التي اكتشفت بها أندريا غيز الحائزة على جائزة نوبل وفريقها الثقب الأسود الهائل في وسط مجرتنا.

3 ـ عن طريق الكشف عن تموجات الجاذبية عند اصطدامها:

يمكننا أيضًا اكتشاف الثقوب السوداء من خلال اكتشاف التموجات في الزمكان التي نشأت عندما اصطدم اثنان منهم ببعضهما البعض. من هذه الإشارة، يمكننا معرفة مدى كتلة الثقوب السوداء، ومدى بُعدها، ومدى السرعة التي كانت تسافر بها عند اصطدامها.

ما هو الثقب الأسود الهائل ؟

سميت الثقوب السوداء الهائلة بهذا الاسم لأنها تحتوي على ما يقرب من ملايين إلى مليارات أضعاف كتلة شمسنا.

بقدر ما يمكننا أن نقول، فإن كل مجرة ​​في الكون تقريبًا بها أحد هذه الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في مركزها تمامًا مثل البذرة. وهما مترابطتان، فالمجرة الأكبر بها ثقب أسود أكبر، والمجرة الأصغر بها ثقب أسود أصغر. كل هذا يجعل العلماء يعتقدون أن هذه الثقوب السوداء فائقة الكتلة لها علاقة بكيفية تشكل المجرات. لكن هذه العلاقة لا تزال لغزا، وكذلك هي الطريقة التي تشكلت بها الثقوب السوداء الهائلة في المقام الأول.

يُطلق على الثقب الأسود الهائل "المجاور" لدينا، وهو الثقب الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة، القوس A * (يُنطق A-star). يبلغ عرضه حوالي 15 مليون ميل ويحتوي على ما يعادل كتلة 4 ملايين شمس. وهو بعيد جدًا بحيث لا يشكل خطرًا على الأرض.

كيف تم التقاط أول صورة لثقب أسود؟

في عام 2019، شعر الناس في جميع أنحاء العالم بسعادة غامرة لرؤية أول صورة على الإطلاق لثقب أسود، ثم في عام 2022، صورة لثقبنا الأسود الهائل في مجرة ​​درب التبانة. يتم إنشاء الحلقة اللامعة حول كل حلقة بواسطة مادة متوهجة شديدة السخونة بينما تدور حول الثقب الأسود.

كانت هذه أول صورة مباشرة لثقب أسود تم التقاطها على الإطلاق، جميع الصور الأخرى التي رأيتها هي محاكاة أو رسوم توضيحية للفنان.

هذه الثقوب السوداء بعيدة جدًا بحيث لا يمكن لأي تلسكوب عادي أن يكون قويًا بما يكفي لرؤيتها. ستحتاج إلى تلسكوب بحجم الأرض