 |
| الثقوب السوداء |
الثقب الأسود بشكل عام بسيط هو: منطقة من الفضاء تحتوي على تكتل كبير من المادة مركز في حجم صغير، ما يعني أن جاذبيته قوية جدا حيث لا يُمكن لأي شيء أن يفلت منها، حتى الضوء نفسه.
ولمعرفة كيف يحدث هذا، علينا فهم بعض الأمور عن الجاذبية، وبما أن أفضل نظرية تُفسر الجاذبية حتى الآن هي النسبية العامة لـ أينشتاين، فسندخل إلى بعض نتائج هذه النظرية لفهم كيف يعمل الثقب الأسود.
لنفترض أننا رمينا حَجراً في اتجاه السماء فإنه يرتفع بسرعة ثم يبدأ في النزول إلى الأرض بسبب الجاذبية، الآن لنفترض أننا رمينا هذا الحَجر بقوة كافية فإنه سوف لن يعود للنزول بل ستستمر في الارتفاع وتتخلص من جاذبية الأرض.
إن السرعة اللازمة لحدوث هذا تسمى "سرعة الهروب"، وسرعة الهروب تتوقف على كتلة الكوكب فكلما كانت كتلته أكبر كانت جاذبيته أكبر وبالتالي احتجنا إلى سرعة هروب أكبر، وكذلك على قربك من المركز فكلما كنت أقرب كلما احتجت لسرعة هروب أكبر.
وكمثال فإن سرعة الهروب اللازمة للتخلص من جاذبية الأرض هي 11,2 كلم في الثانية، بينما القمر الأقل كتلة سرعة الهروب اللازمة للتخلص من جاذبيته هي 2,4 كلم في الثانية.
تركيز المادة في الثقب الأسود :
الآن تخيل شيئا ذو تركيز شديد للمادة في حجم صغير، أي أن كتلته هائلة جدا جدا وقطره صغير جدا جدا، بحيث إن سرعة الهروب اللازمة للإفلات من جاذبيته أكبر بكثير من سرعة الضوء، وبما أنا لا شيء يسير بأكثر من سرعة الضوء فإن لا شيء يُمكنه الإفلات من جاذبيته حتى الضوء نفسه لا يُمكنه الإفلات.
وهذا الشيء الذي تخيلناه هو الثقب الأسود ولهذا هو يحمل هذا الاسم لأن حتى الضوء لا يستطيع الإفلات منه.
يعود طرح فرضية إمكانية وجود ثقب أسود إلى اكتشاف "رومر" أن للضوء سرعة محدودة وهذا الاكتشاف طرح تساؤلا هو: لماذا لا تزيد سرعة الضوء إلى سرعة أكبر؟ كانت الإجابة: لأنه قد تكون للجاذبية تأثير على الضوء ومن هذا الاكتشاف كتب "جون مينشل " عام 1783 مقالاً أشار فيه إلى أنه قد يكون لنجم ذو كثافة عالية جاذبيه شديدة جداً، حتى أن الضوء بسرعته 300 ألف كلم في الثانية لا يمكنه الإفلات منها.
واقترح أيضاً وجود نجوم عديدة من هذه النجوم ،مع أننا لا يمكننا أن نرى الضوء لأنه لا يستطيع الإفلات من جاذبيتها إلا أننا نستطيع تلمس جاذبيتها.
وهذه النجوم هي ما نسميه "بالثقوب السوداء ".
 |
| صورة خيالية لثقب أسود |
تم إهمال هذه الأفكار لأن نظرية الموجات للضوء كانت سائدة في ذلك الوقت لأنها تتوافق مع فيزياء "نيوتن " ولم تأت نظرية متماسكة عن كيفية تأثر الضوء بالجاذبية إلا يوم عرض" آينشتاين " النسبية العامة 1915 م.
مباشرة بعد أن طرح ألبرت أينشتاين النسبية العامة، قام "كارل شوارزشيلد" "karl schwarzschild" باكتشاف حل رياضي للمعادلة التي تصف ما يُعرف "الثقب الأسود"، بعد ذلك قام "أوبنهايمر" (صاحب القنبلة الذرية الأولى) وعدة علماء آخرين بعدة بحوث أظهرت أن نجما بكتلة كبيرة في حجم صغير (الحجم الحرج بالنسبة لتلك الكتلة) يبدأ في الانضغاط تحت تأثير جاذبيته الخاصة، ويزداد تركيز كتلته (زيادة الكثافة) ما يزيد قوة الجاذبية إلى حد لا يمكن معه لأي جسم يمر بمسافة ما منه الإفلات مهما بلغت سرعته وبالتالي يزداد كمّ المادة الموجود في الثقب الأسود.
بحسب نظرية أينشتاين "النسبية العامة" فإن الجاذبية هي انحناء لنسيج الزمان والمكان (الزمكان) ما يعني أن الضوء الذي يسير دائما بشكل مستقيم في الفراغ ينحني إذا مر بقرب نجم ذو كتلة عالية (الشكل جانبه) (الكتلة العالية تسبب انحناءً أكبر أي جاذبية أكبر)، وبالنسبة لنجم على مشارف التحول إلى ثقب أسود فإن كثافته تزداد وبالتالي تزداد جاذبيته أي يحني نسيج الزمكان أكثر إلى أن يصير إلى مرحلة ينخسف فيه ويُدمر نسيج الزمكان ويتحول إلى ثقب، وعندها تكون قوة جاذبيته كبيرة إلى حد أنها لا تترك حتى الضوء يمر بجانبها بل تجذبه هو أيضا دون عودة.
في حالة نجم ذو كتلة عالية فإن نسيج الزمكان يتقعر كما في هذا الشكل:
أما في حالة الثقب الأسود فإن التقعر يصل إلى حد كبير لدرجة أن الضوء لا يميل فحسب وإنما يُبتلع وكأن تقعر الفضاء أصبح كفجوة وليس مجرد تقعر.
بما أن قوانين الفيزياء مبنية على المتناظرات، فبما أنه هناك ثقوب سوداء تسقط فيها الأشياء دون عودة فإنه لابد وأن يكون هناك ما يُقابلها تخرج من الأشياء وهو ما يُعرف بـ: الثقوب البيضاء، وهذه الأخيرة هي نقيض الثقوب السوداء.
حيث تكون مشعة جدا جدا (كونها تنفث كل الضوء المُمتص من قبل الثقب الأسود)، وهي قد توجد في أي مكان من الفضاء.
أنواع الثقوب السوداء : -
مباشرة بعد أن طرح ألبرت أينشتاين النسبية العامة، قام "كارل شوارزشيلد" "karl schwarzschild" باكتشاف حل رياضي للمعادلة التي تصف ما يُعرف "الثقب الأسود"، بعد ذلك قام "أوبنهايمر" (صاحب القنبلة الذرية الأولى) وعدة علماء آخرين بعدة بحوث أظهرت أن نجما بكتلة كبيرة في حجم صغير (الحجم الحرج بالنسبة لتلك الكتلة) يبدأ في الانضغاط تحت تأثير جاذبيته الخاصة، ويزداد تركيز كتلته (زيادة الكثافة) ما يزيد قوة الجاذبية إلى حد لا يمكن معه لأي جسم يمر بمسافة ما منه الإفلات مهما بلغت سرعته وبالتالي يزداد كمّ المادة الموجود في الثقب الأسود.
بحسب نظرية أينشتاين "النسبية العامة" فإن الجاذبية هي انحناء لنسيج الزمان والمكان (الزمكان) ما يعني أن الضوء الذي يسير دائما بشكل مستقيم في الفراغ ينحني إذا مر بقرب نجم ذو كتلة عالية (الشكل جانبه) (الكتلة العالية تسبب انحناءً أكبر أي جاذبية أكبر)، وبالنسبة لنجم على مشارف التحول إلى ثقب أسود فإن كثافته تزداد وبالتالي تزداد جاذبيته أي يحني نسيج الزمكان أكثر إلى أن يصير إلى مرحلة ينخسف فيه ويُدمر نسيج الزمكان ويتحول إلى ثقب، وعندها تكون قوة جاذبيته كبيرة إلى حد أنها لا تترك حتى الضوء يمر بجانبها بل تجذبه هو أيضا دون عودة.
في حالة نجم ذو كتلة عالية فإن نسيج الزمكان يتقعر كما في هذا الشكل:
أما في حالة الثقب الأسود فإن التقعر يصل إلى حد كبير لدرجة أن الضوء لا يميل فحسب وإنما يُبتلع وكأن تقعر الفضاء أصبح كفجوة وليس مجرد تقعر.
بما أن قوانين الفيزياء مبنية على المتناظرات، فبما أنه هناك ثقوب سوداء تسقط فيها الأشياء دون عودة فإنه لابد وأن يكون هناك ما يُقابلها تخرج من الأشياء وهو ما يُعرف بـ: الثقوب البيضاء، وهذه الأخيرة هي نقيض الثقوب السوداء.
حيث تكون مشعة جدا جدا (كونها تنفث كل الضوء المُمتص من قبل الثقب الأسود)، وهي قد توجد في أي مكان من الفضاء.
أنواع الثقوب السوداء : -
هناك ثلاث أنواع من الثقوب السوداء :
* ثقوب سوداء ذات كتله عملاقه .
* ثقوب سوداء متوسطه الكتله .
* ثقوب سوداء نجميه .
* ثقوب سوداء دقيقه ( لم تكتشف بعد و لم تثبت علمياً )
1- ثقوب سوداء ذات كتله عملاق ( supermassive black holes ) .
و هذا النوع يتمتع بكتله ضخمه جداً تكاد تبلغ ضعف كتله الشعب بمئات البلايين , و هناك طريقتين لتشكل ذلك النوع من الثقوب السوداء الاولى هى عن طريق موت نجم طبيعى و لكنه أمتص و ألتهم العديد من النجوم و الكواكب مما أدى الى ضخامه كتلته , و الطريقه الثانيه أنه صنع فى بدايه الكون عند الانفجار العظيم , و غالباً ما يتواجد ذلك النوع من الثقوب السوداء فى وسط كل مجره فى الكون مثل مجرتنا درب التبانه .
2- ثقوب سوداء نجميه ( stellar black holes ) .
2- ثقوب سوداء نجميه ( stellar black holes ) .
و هى من أصغر أنواع الثقوب السوداء و تتكون من خلال أنهيار نجم كما شرحنا فى الاعلى كتلتها ضعف الشمس بعشرات المرات فقط و أكبر ثقب تمت رؤيته كان ضعف الشمس ب 14 مره فقط .
3- ثقوب سوداء متوسطه الكتله .
3- ثقوب سوداء متوسطه الكتله .
لا نعرف الكثير عن هذا النوع فما زال غامضاً فهو أصغر من الثقوب ذات الكتله العملاقه و اكبر من الثقوب النجميه حجمها ضعف حجم الشمس ببضعه ملايين , ظروف تكونها و كيفيه تكونها ما زال أمر غامض و لكن العلماء رجحو أنه نتيجه تصادم بين عده نجوم نتج ثقب أسود , او نتيجه لأندماج عده ثقوب سوداء نجميه صغيره أنتج أيضاً ثقب متوسط الكتله .
4- ثقب أسود دقيق .
4- ثقب أسود دقيق .
حتى الان هو مجرد نظريه و هو ثقب أسود صغير جدا على المستوى الذرى , يعمل بعض العلماء حالياً على محاوله أكتشاف هذا النوع من الثقوب السوداء .
أدله وجود الثقوب السوداء:
كان هناك الكثير ممن يشك فى وجودها فى الماضى لأنها لم تكن مثبته علمياً بل كلها كانت تنبؤات حسابيه و رياضيه فى النظريه النسبيه فقط و لكن فى عام 1967 أكتشف جوسلين بل أجسام فى الفضاء ترسل لنا نبضات منتظمه من موجات الراديو ظن أنه بذلك أتصل باحد حضارات المخلوقات الفضائيه و لكن فى الحقيقه كانت تلك النبضات من نجم نيوترونى و كانت هذه اول الادله على وجود ثقب اسود .
قام ستيفن هوكينج بالكثير من الابحاث فى ذلك الموضوع و توصل ان الثقب الاسود يمكن أن يصدر أشعه أسماه أشعه ستيفن هوكينج و أستنتج أيضاً الى ان الثقب الاسود يتبخر مع الوقت , و قدر زمن تبخره فى 6710 سنه على الرغم من عدم تمكننا من رؤية أو تصوير الثقوب السوداء، فهناك سبل لمعرفة مكانها مثل مراقبه حركه النجوم البعيده او مراقبه الاشعه الناتجه عنه.
وقد استطاع العلماء الالمان في السنوات القليلة الماضية اكتشاف حقيقة تواجد أحد تلك الثقوب السوداء في مركز المجرة.
بالطبع لم يروه رؤية مباشرة، ولكنهم دئبوا على مراقبة حركة نجم كبير قريب من مركز المجرة لمدة سنوات عديدة، ويدور هذا النجم في مدار حول مركز خفي.
ثم توالت الاكتشافات عن الثقوب السوداء و أخرها هو الخبر الذى وضع فى الموقع هنا منذ بضعه ايام ثقب أسود قريب من الارض وفى سنه 2004 تم أكتشاف ثقب أسود متوسط على بعد 3 سنوات ضوئيه أسموه GCIRS 13E ، و فى سنه 2006 أكتشف فريق من العلماء أيضا ثقب أسود متوسط أسموهM82 X-1 .
لا زال حتى الان الكثير من الغموض يحوم ما هيه الثقب الاسود , الكثير من العلماء الان يقضون معظم حياتهم فى دراسه ذلك الجانب الغامض من الثقب الاسود .
أدله وجود الثقوب السوداء:
كان هناك الكثير ممن يشك فى وجودها فى الماضى لأنها لم تكن مثبته علمياً بل كلها كانت تنبؤات حسابيه و رياضيه فى النظريه النسبيه فقط و لكن فى عام 1967 أكتشف جوسلين بل أجسام فى الفضاء ترسل لنا نبضات منتظمه من موجات الراديو ظن أنه بذلك أتصل باحد حضارات المخلوقات الفضائيه و لكن فى الحقيقه كانت تلك النبضات من نجم نيوترونى و كانت هذه اول الادله على وجود ثقب اسود .
قام ستيفن هوكينج بالكثير من الابحاث فى ذلك الموضوع و توصل ان الثقب الاسود يمكن أن يصدر أشعه أسماه أشعه ستيفن هوكينج و أستنتج أيضاً الى ان الثقب الاسود يتبخر مع الوقت , و قدر زمن تبخره فى 6710 سنه على الرغم من عدم تمكننا من رؤية أو تصوير الثقوب السوداء، فهناك سبل لمعرفة مكانها مثل مراقبه حركه النجوم البعيده او مراقبه الاشعه الناتجه عنه.
وقد استطاع العلماء الالمان في السنوات القليلة الماضية اكتشاف حقيقة تواجد أحد تلك الثقوب السوداء في مركز المجرة.
بالطبع لم يروه رؤية مباشرة، ولكنهم دئبوا على مراقبة حركة نجم كبير قريب من مركز المجرة لمدة سنوات عديدة، ويدور هذا النجم في مدار حول مركز خفي.
ثم توالت الاكتشافات عن الثقوب السوداء و أخرها هو الخبر الذى وضع فى الموقع هنا منذ بضعه ايام ثقب أسود قريب من الارض وفى سنه 2004 تم أكتشاف ثقب أسود متوسط على بعد 3 سنوات ضوئيه أسموه GCIRS 13E ، و فى سنه 2006 أكتشف فريق من العلماء أيضا ثقب أسود متوسط أسموهM82 X-1 .
لا زال حتى الان الكثير من الغموض يحوم ما هيه الثقب الاسود , الكثير من العلماء الان يقضون معظم حياتهم فى دراسه ذلك الجانب الغامض من الثقب الاسود .
