الهالوين هو وقت تطارده الأشباح والعفاريت والغيلان ، لكن لا شيء في الكون أكثر إثارة للخوف من الثقب الأسود.
الثقوب السوداء – مناطق في الفضاء تكون فيها الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء الهروب – موضوع ساخن في الأخبار هذه الأيام. نصف 2020 جائزة نوبل في الفيزياء حصل على جائزة روجر بنروز لعمله الرياضي الذي أظهر أن الثقوب السوداء هي نتيجة لا مفر منها لنظرية أينشتاين في الجاذبية. شارك أندريا غيز ورينهارد جينزل النصف الآخر لإظهار ذلك يوجد ثقب أسود هائل في مركز مجرتنا.
الثقوب السوداء مخيفة لثلاثة أسباب. إذا سقطت في ثقب أسود تركته عندما مات نجم ، فسوف تمزق. كما أن الثقوب السوداء الضخمة التي تُرى في مركز كل المجرات لها شهية لا تشبع. والثقوب السوداء هي الأماكن التي تُطمس فيها قوانين الفيزياء.
لقد كنت أدرس الثقوب السوداء لأكثر من 30 عامًا. خاصه، لقد ركزت على الثقوب السوداء الهائلة التي تكمن في مركز المجرات. في معظم الأوقات تكون غير نشطة ، ولكن عندما تكون نشطة وتأكل النجوم والغاز ، يمكن للمنطقة القريبة من الثقب الأسود أن تتفوق على المجرة التي تستضيفها بأكملها. تسمى المجرات التي تنشط فيها الثقوب السوداء الكوازارات. مع كل ما تعلمناه عن الثقوب السوداء خلال العقود القليلة الماضية ، لا يزال هناك الكثير منها ألغاز لحلها.
الموت بالثقب الأسود
من المتوقع أن تتشكل الثقوب السوداء عندما يموت نجم ضخم. بعد استنفاد الوقود النووي للنجم ، ينهار قلبه إلى الحالة الأكثر كثافة للمادة التي يمكن تخيلها ، وهي أكثر كثافة بمئة مرة من نواة الذرة. هذا كثيف لدرجة أن البروتونات والنيوترونات والإلكترونات لم تعد جسيمات منفصلة. نظرًا لأن الثقوب السوداء مظلمة ، يتم العثور عليها متى يدورون حول نجم عادي. تسمح خصائص النجم الطبيعي لعلماء الفلك باستنتاج خصائص رفيقه المظلم ، الثقب الأسود.
كان أول ثقب أسود تم تأكيده سيجنوس إكس -1، ألمع مصدر للأشعة السينية في كوكبة الدجاجة. منذ ذلك الحين ، تم اكتشاف حوالي 50 ثقبًا أسودًا في الأنظمة التي يدور فيها نجم عادي حول ثقب أسود. هم أقرب الأمثلة عن 10 ملايين من المتوقع أن تتشتت في مجرة درب التبانة.
الثقوب السوداء هي مقابر للمادة. لا شيء يستطيع الهروب منها ، ولا حتى الضوء. ال مصير أي شخص يقع في ثقب أسود سيكون بمثابة “سباغيتيتيشن” مؤلم ، وهي فكرة روج لها ستيفن هوكينغ في كتابه “نبذة عن تاريخ الوقت. ” في حالة التعرق ، ستؤدي الجاذبية الشديدة للثقب الأسود إلى تفكيكك ، وفصل عظامك وعضلاتك وأوتارك وحتى الجزيئات. كما وصف الشاعر دانتي الكلمات فوق أبواب الجحيم في قصيدته الكوميديا الإلهية: تخلوا عن الأمل ، كل من يدخلون هنا.
وحش جائع في كل مجرة
على مدار الثلاثين عامًا الماضية ، أظهرت الملاحظات باستخدام تلسكوب هابل الفضائي ذلك كل المجرات بها ثقوب سوداء في مراكزها. المجرات الأكبر لها ثقوب سوداء أكبر.
تعرف الطبيعة كيف تصنع ثقوبًا سوداء على نطاق مذهل من الكتل ، بدءًا من جثث النجوم التي تزيد كتلتها عن كتلة الشمس ببضع مرات إلى الوحوش التي تبلغ كتلتها عشرات المليارات من المرات. هذا مثل الفرق بين التفاحة وهرم الجيزة الأكبر.
في العام الماضي فقط ، نشر علماء الفلك أول صورة لثقب أسود وأفق حدثها ، وحش كتلته 7 مليارات كتلة شمسية في مركز المجرة الإهليلجية M87.
إنه أكبر بأكثر من ألف مرة من الثقب الأسود في مجرتنا ، والذي حصل مكتشفوه على جائزة نوبل لهذا العام. تكون هذه الثقوب السوداء مظلمة في معظم الأوقات ، ولكن عندما تسحب جاذبيتها النجوم والغازات القريبة ، فإنها تندلع في نشاط مكثف وتضخ كمية هائلة من الإشعاع. الثقوب السوداء الهائلة خطيرة من ناحيتين. إذا اقتربت أكثر من اللازم ، فإن الجاذبية الهائلة ستمتصك. وإذا كانت في طور الكوازار النشط ، فسوف تتعرض للإشعاع عالي الطاقة.
ما مدى سطوع الكوازار؟ تخيل أنك تحوم فوق مدينة كبيرة مثل لوس أنجلوس في الليل. ما يقرب من 100 مليون ضوء من السيارات والمنازل والشوارع في المدينة تتوافق مع النجوم في المجرة. في هذا القياس ، يشبه الثقب الأسود في حالته النشطة مصدرًا للضوء يبلغ قطره بوصة واحدة في وسط مدينة لوس أنجلوس يتفوق على المدينة بمعامل يصل إلى مئات أو آلاف. النجوم الزائفة هي ألمع الأشياء في الكون.
الثقوب السوداء الهائلة غريبة
ال أكبر ثقب أسود تم اكتشافه حتى الآن تزن 40 مليار ضعف كتلة الشمس ، أو 20 ضعف حجم النظام الشمسي. في حين أن الكواكب الخارجية في مدار نظامنا الشمسي تدور مرة واحدة كل 250 عامًا ، فإن هذا الجسم الضخم يدور مرة كل ثلاثة أشهر. يتحرك طرفه الخارجي بنصف سرعة الضوء. مثل جميع الثقوب السوداء ، فإن الثقوب الضخمة محمية من الرؤية بمقدار أفق الحدث. في مراكزهم التفرد ، نقطة في الفضاء تكون فيها الكثافة غير محدودة. لا يمكننا فهم الجزء الداخلي من الثقب الأسود لأن قوانين الفيزياء تنهار. يتجمد الوقت عند أفق الحدث وتصبح الجاذبية لانهائية عند التفرد.
الخبر السار حول الثقوب السوداء الضخمة هو أنه يمكنك البقاء على قيد الحياة عند الوقوع في ثقب واحد. على الرغم من أن جاذبيتها أقوى ، إلا أن قوة التمدد أضعف من قوة الثقب الأسود الصغير ولن تقتلك. النبأ السيئ هو أن أفق الحدث يمثل حافة الهاوية. لا شيء يمكن أن يهرب من داخل أفق الحدث ، لذلك لا يمكنك الهروب أو الإبلاغ عن تجربتك.
[Deep knowledge, daily. Sign up for The Conversation’s newsletter.]
وفقًا لستيفن هوكينج ، الثقوب السوداء موجودة يتبخر ببطء. في المستقبل البعيد للكون ، بعد فترة طويلة من موت جميع النجوم وتم إبعاد المجرات عن الأنظار من خلال التوسع الكوني المتسارع ، ستكون الثقوب السوداء هي آخر الأجسام الباقية.
ستستغرق أكثر الثقوب السوداء كثافة عدد لا يمكن تصوره من السنوات لتبخر، المقدرة بـ 10 أس 100 ، أو 10 مع 100 صفر بعدها. الأشياء الأكثر رعبا في الكون تكاد تكون أبدية.
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة، موقع إخباري غير ربحي مخصص لتبادل الأفكار من الخبراء الأكاديميين. كتب بواسطة: كريس امبيو جامعة أريزونا.
اقرأ أكثر:
لا يعمل Chris Impey لصالح أي شركة أو مؤسسة أو مؤسسة قد تستفيد من هذه المقالة أو يستشيرها أو يمتلكها أو يحصل عليها ، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينهم الأكاديمي.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”