نظرًا للارتفاع الحديث نسبيًا في الاهتمام بصناعة أفلام علمية شهيرة حول استكشاف الفضاء ، فقد سمع المشاهد الحديث كثيرًا عن ظواهر مثل التفرد أو الثقب الأسود. ومع ذلك ، من الواضح أن الأفلام لا تكشف الطبيعة الكاملة لهذه الظواهر ، بل إنها في بعض الأحيان تشوه النظريات العلمية المبنية من أجل تأثير أكبر. لهذا السبب ، فإن فكرة العديد من الأشخاص المعاصرين حول هذه الظواهر إما سطحية تمامًا أو خاطئة تمامًا. أحد الحلول للمشكلة التي نشأت هو هذا المقال ، حيث سنحاول فهم نتائج البحث الحالية والإجابة على السؤال - ما هو الثقب الأسود؟

في عام 1784 ، ذكر الكاهن الإنجليزي وعالم الطبيعة جون ميشيل لأول مرة في رسالة إلى الجمعية الملكية جسمًا ضخمًا افتراضيًا له جاذبية قوية لدرجة أن السرعة الكونية الثانية له ستتجاوز سرعة الضوء. السرعة الكونية الثانية هي السرعة التي يحتاجها جسم صغير نسبيًا للتغلب على جاذبية جرم سماوي وتجاوز حدود مدار مغلق حول هذا الجسم. وفقًا لحساباته ، فإن جسمًا بكثافة الشمس ونصف قطره 500 نصف قطر شمسي سيكون على سطحه سرعة كونية ثانية تساوي سرعة الضوء. في هذه الحالة ، حتى الضوء لن يترك سطح مثل هذا الجسم ، وبالتالي فإن هذا الجسم سوف يمتص الضوء القادم فقط ويبقى غير مرئي للمراقب - نوع من البقعة السوداء على خلفية الفضاء المظلم.

ومع ذلك ، فإن مفهوم الجسم الهائل الذي اقترحه ميشيل لم يجذب الكثير من الاهتمام حتى عمل أينشتاين. تذكر أن الأخير حدد سرعة الضوء على أنها السرعة المحددة لنقل المعلومات. بالإضافة إلى ذلك ، قام أينشتاين بتوسيع نظرية الجاذبية لسرعات قريبة من سرعة الضوء (). نتيجة لذلك ، لم يعد تطبيق نظرية نيوتن على الثقوب السوداء مناسبًا.

معادلة أينشتاين

نتيجة لتطبيق النسبية العامة على الثقوب السوداء وحل معادلات أينشتاين ، تم الكشف عن المعلمات الرئيسية للثقب الأسود ، والتي لا يوجد منها سوى ثلاثة: الكتلة والشحنة الكهربائية والزخم الزاوي. وتجدر الإشارة إلى المساهمة الكبيرة لعالم الفيزياء الفلكية الهندي سوبرامانيان شاندراسيخار ، الذي أنشأ دراسة أساسية: "النظرية الرياضية للثقوب السوداء".

وهكذا ، يتم تمثيل حل معادلات أينشتاين بأربعة خيارات لأربعة أنواع محتملة من الثقوب السوداء:

• الثقب الأسود بدون دوران وبدون شحن هو محلول Schwarzschild. أحد الأوصاف الأولى للثقب الأسود (1916) باستخدام معادلات أينشتاين ، ولكن دون مراعاة اثنتين من المعلمات الثلاثة للجسم. يسمح لك حل الفيزيائي الألماني كارل شوارزشيلد بحساب مجال الجاذبية الخارجية لجسم كروي ضخم. من سمات مفهوم العالم الألماني للثقوب السوداء وجود أفق الحدث والأفق الذي يقف خلفه. قام شوارزشيلد أيضًا أولاً بحساب نصف قطر الجاذبية ، والذي حصل على اسمه ، والذي يحدد نصف قطر الكرة التي يقع عليها أفق الحدث لجسم ذي كتلة معينة.
• الثقب الأسود بدون دوران بشحنة هو محلول Reisner-Nordström. حل تم طرحه في 1916-1918 ، مع الأخذ في الاعتبار الشحنة الكهربائية المحتملة للثقب الأسود. لا يمكن أن تكون هذه الشحنة كبيرة بشكل تعسفي ومحدودة بسبب التنافر الكهربائي الناتج. يجب تعويض هذا الأخير عن طريق الجاذبية.
• ثقب أسود مع دوران وبدون شحنة - محلول كير (1963). يختلف الثقب الأسود Kerr الدوار عن الثقب الثابت بوجود ما يسمى بـ ergosphere (اقرأ المزيد عن هذا وعن المكونات الأخرى للثقب الأسود).
• BH مع الدوران والشحن - حل Kerr-Newman. تم حساب هذا الحل في عام 1965 وهو الأكثر اكتمالا حاليًا ، لأنه يأخذ في الاعتبار جميع معلمات BH الثلاثة. ومع ذلك ، لا يزال من المفترض أن الثقوب السوداء في الطبيعة لها شحنة ضئيلة.

تشكيل الثقب الأسود

هناك عدة نظريات حول كيفية تشكل وظهور الثقب الأسود ، وأشهرها ظهور نجم بكتلة كافية نتيجة لانهيار الجاذبية. يمكن لمثل هذا الضغط إنهاء تطور النجوم التي تزيد كتلتها عن ثلاث كتل شمسية. عند الانتهاء من التفاعلات الحرارية النووية داخل هذه النجوم ، تبدأ في الانكماش بسرعة إلى واحدة فائقة الكثافة. إذا كان ضغط غاز النجم النيوتروني لا يستطيع تعويض قوى الجاذبية ، فإن كتلة النجم تتغلب على ما يسمى. حد أوبنهايمر فولكوف ، ثم يستمر الانهيار ، مما يتسبب في انكماش المادة إلى ثقب أسود.

السيناريو الثاني الذي يصف ولادة الثقب الأسود هو ضغط الغاز الأولي ، أي الغاز بين النجوم الذي هو في مرحلة التحول إلى مجرة ​​أو نوع من الكتلة. في حالة وجود ضغط داخلي غير كافٍ للتعويض عن نفس قوى الجاذبية ، يمكن أن ينشأ ثقب أسود.

لا يزال هناك سيناريوهان آخران افتراضيان:

• حدوث ثقب أسود نتيجة لذلك - ما يسمى ب. الثقوب السوداء البدائية.
• حدوثه نتيجة تفاعلات نووية على طاقات عالية. مثال على هذه التفاعلات هو التجارب على المصادمات.

هيكل وفيزياء الثقوب السوداء

يتضمن هيكل الثقب الأسود وفقًا لشوارزشيلد عنصرين فقط تم ذكرهما سابقًا: التفرد وأفق الحدث للثقب الأسود. عند الحديث بإيجاز عن التفرد ، يمكن ملاحظة أنه من المستحيل رسم خط مستقيم من خلاله ، وكذلك أن معظم النظريات الفيزيائية الحالية لا تعمل بداخلها. وهكذا ، تظل فيزياء التفرد لغزا للعلماء اليوم. الثقب الأسود هو حد معين ، يعبر ، يفقد الجسم المادي القدرة على العودة إلى ما وراء حدوده و "يسقط" بشكل لا لبس فيه في خصوصية الثقب الأسود.

تصبح بنية الثقب الأسود أكثر تعقيدًا إلى حد ما في حالة محلول كير ، أي في وجود دوران BH. يشير حل كير إلى أن الثقب يحتوي على غلاف إيرجوسفير. Ergosphere - منطقة معينة تقع خارج أفق الحدث ، حيث تتحرك جميع الأجسام في اتجاه دوران الثقب الأسود. هذه المنطقة ليست مثيرة بعد ويمكن تركها على عكس أفق الحدث. ربما يكون الغلاف الجوي نوعًا من التناظرية لقرص تراكم ، والذي يمثل مادة دوارة حول أجسام ضخمة. إذا تم تمثيل ثقب أسود شوارزشيلد الساكن على شكل كرة سوداء ، فإن ثقب كيري الأسود ، نظرًا لوجود غلاف إيرجوسفير ، له شكل إهليلجي مفلطح ، غالبًا ما رأينا في شكله ثقوبًا سوداء في الرسومات ، في القديم الأفلام أو ألعاب الفيديو.

• كم يزن الثقب الأسود؟ - أكبر مادة نظرية عن ظهور الثقب الأسود متاحة لسيناريو ظهوره نتيجة انهيار نجم. في هذه الحالة ، يتم تحديد الحد الأقصى لكتلة النجم النيوتروني والحد الأدنى من كتلة الثقب الأسود بواسطة حد أوبنهايمر - فولكوف ، والذي وفقًا له يكون الحد الأدنى لكتلة BH 2.5 - 3 كتل شمسية. أثقل ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق (في المجرة NGC 4889) تبلغ كتلته 21 مليار كتلة شمسية. ومع ذلك ، لا ينبغي لأحد أن ينسى الثقوب السوداء ، الناتجة افتراضيًا عن التفاعلات النووية عند طاقات عالية ، مثل تلك التي تحدث عند المصادمات. كتلة هذه الثقوب السوداء الكمومية ، وبعبارة أخرى ، "الثقوب السوداء بلانك" هي في حدود 2 10 −5 جم.
• حجم الثقب الأسود. يمكن حساب الحد الأدنى لنصف قطر BH من الحد الأدنى للكتلة (2.5 - 3 كتل شمسية). إذا كان نصف قطر جاذبية الشمس ، أي المنطقة التي سيكون أفق الحدث فيها ، حوالي 2.95 كيلومترًا ، فإن نصف قطر الحد الأدنى لكتل ​​BH البالغ 3 كتل شمسية سيكون حوالي تسعة كيلومترات. هذه الأحجام الصغيرة نسبيًا لا تتناسب مع الرأس عندما يتعلق الأمر بالأجسام الضخمة التي تجذب كل شيء حولها. ومع ذلك ، بالنسبة للثقوب السوداء الكمومية ، يبلغ نصف قطرها -10 35 م.
• يعتمد متوسط ​​كثافة الثقب الأسود على معاملين: الكتلة ونصف القطر. تبلغ كثافة ثقب أسود كتلته حوالي ثلاث كتل شمسية حوالي 6 10 26 كجم / م 3 ، بينما تبلغ كثافة الماء 1000 كجم / م 3. ومع ذلك ، لم يتم العثور على مثل هذه الثقوب السوداء الصغيرة من قبل العلماء. تحتوي معظم BHs المكتشفة على كتل أكبر من 105 كتلة شمسية. هناك نمط مثير للاهتمام مفاده أنه كلما زاد حجم الثقب الأسود ، قلت كثافته. في هذه الحالة ، التغيير في الكتلة بمقدار 11 مرتبة من حيث الحجم يستلزم تغييرًا في الكثافة بمقدار 22 أمرًا من حيث الحجم. وبالتالي ، فإن الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته 1 · 10 9 كتلة شمسية تبلغ كثافته 18.5 كجم / م 3 ، وهو ما يقل بمقدار واحد عن كثافة الذهب. والثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن 10 10 كتل شمسية يمكن أن تمتلك كثافة متوسطة أقل من كثافة الهواء. بناءً على هذه الحسابات ، من المنطقي أن نفترض أن تكوين الثقب الأسود لا يحدث بسبب ضغط المادة ، ولكن نتيجة لتراكم كمية كبيرة من المادة في حجم معين. في حالة الثقوب السوداء الكمومية ، يمكن أن تكون كثافتها حوالي 10 94 كجم / متر مكعب.
• تتناسب درجة حرارة الثقب الأسود عكسياً مع كتلته. ترتبط درجة الحرارة هذه مباشرة بـ. يتطابق طيف هذا الإشعاع مع طيف الجسم الأسود تمامًا ، أي الجسم الذي يمتص كل الإشعاع الساقط. يعتمد الطيف الإشعاعي لجسم أسود على درجة حرارته فقط ، ومن ثم يمكن تحديد درجة حرارة الثقب الأسود من طيف إشعاع هوكينغ. كما ذكرنا سابقًا ، هذا الإشعاع هو أقوى ، كلما كان الثقب الأسود أصغر. في الوقت نفسه ، يظل إشعاع هوكينغ افتراضيًا ، لأنه لم يلاحظه علماء الفلك بعد. ويترتب على ذلك أنه في حالة وجود إشعاع هوكينغ ، فإن درجة حرارة BHs المرصودة منخفضة للغاية بحيث لا تسمح لأحد باكتشاف الإشعاع المشار إليه. وفقًا للحسابات ، حتى درجة حرارة الثقب الذي تبلغ كتلته كتلة كتلة الشمس صغيرة بشكل لا يمكن إهماله (10-7 كلفن أو -272 درجة مئوية). يمكن أن تصل درجة حرارة الثقوب السوداء الكمومية إلى حوالي 10 12 كلفن ، وبتبخرها السريع (حوالي 1.5 دقيقة) ، يمكن لهذه الثقوب السوداء أن تبعث طاقة تصل إلى عشرة ملايين قنبلة ذرية. ولكن ، لحسن الحظ ، يتطلب إنشاء مثل هذه الأجسام الافتراضية طاقة أكبر بمقدار 10 14 مرة من تلك التي تم تحقيقها اليوم في مصادم الهادرونات الكبير. بالإضافة إلى ذلك ، لم يلاحظ علماء الفلك مثل هذه الظواهر.

ما هو مصنوع من أمراض الشرايين التاجية؟

هناك سؤال آخر يثير قلق العلماء وأولئك الذين هم ببساطة مولعون بالفيزياء الفلكية - مما يتكون الثقب الأسود؟ لا توجد إجابة واحدة على هذا السؤال ، لأنه لا يمكن النظر إلى ما وراء أفق الحدث المحيط بأي ثقب أسود. بالإضافة إلى ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، توفر النماذج النظرية للثقب الأسود ثلاثة فقط من مكوناته: الغلاف الجوي ، وأفق الحدث ، والتفرد. من المنطقي أن نفترض أنه لا يوجد في الغلاف الجوي سوى تلك الأشياء التي جذبها الثقب الأسود ، والتي تدور الآن حوله - أنواع مختلفة من الأجسام الكونية والغازات الكونية. أفق الحدث هو مجرد حد ضمني رقيق ، والذي بعده ، تنجذب الأجرام الكونية نفسها بشكل لا رجعة فيه نحو المكون الرئيسي الأخير للثقب الأسود - التفرد. لم تتم دراسة طبيعة التفرد اليوم ، ومن السابق لأوانه الحديث عن تكوينها.

وفقًا لبعض الافتراضات ، قد يتكون الثقب الأسود من نيوترونات. إذا اتبعنا سيناريو حدوث ثقب أسود نتيجة انضغاط نجم إلى نجم نيوتروني مع انضغاطه اللاحق ، فعلى الأرجح أن الجزء الرئيسي من الثقب الأسود يتكون من نيوترونات ، منها النجم النيوتروني. يتكون نفسه. بكلمات بسيطة: عندما ينهار نجم ، تنضغط ذراته بطريقة تتحد فيها الإلكترونات مع البروتونات ، وبالتالي تشكل النيوترونات. مثل هذا التفاعل يحدث بالفعل في الطبيعة ، مع تكوين نيوترون ، يحدث انبعاث نيوترينو. ومع ذلك ، هذه مجرد تخمينات.

ماذا يحدث إذا وقعت في ثقب أسود؟

يؤدي السقوط في ثقب أسود فيزيائي فلكي إلى تمدد الجسم. فكر في رائد فضاء انتحاري افتراضي يتجه نحو ثقب أسود لا يرتدي شيئًا سوى بدلة الفضاء ، قدمه أولاً. عبور أفق الحدث ، لن يلاحظ رائد الفضاء أي تغييرات ، على الرغم من حقيقة أنه لم يعد لديه فرصة للعودة. في مرحلة ما ، سيصل رائد الفضاء إلى نقطة (خلف أفق الحدث قليلاً) حيث سيبدأ حدوث تشوه في جسمه. نظرًا لأن مجال الجاذبية للثقب الأسود غير منتظم ويتم تمثيله بتدرج قوة متزايد نحو المركز ، فإن أرجل رائد الفضاء ستتعرض لتأثير جاذبية أكبر بشكل ملحوظ من الرأس ، على سبيل المثال. ثم ، بسبب الجاذبية ، أو بالأحرى قوى المد والجزر ، فإن الأرجل سوف "تسقط" بشكل أسرع. وهكذا ، يبدأ الجسم في التمدد تدريجيًا في الطول. لوصف هذه الظاهرة ، توصل علماء الفيزياء الفلكية إلى مصطلح إبداعي إلى حد ما - السباغيتيت. من المحتمل أن يؤدي التمدد الإضافي للجسم إلى تحللها إلى ذرات ، والتي ستصل عاجلاً أم آجلاً إلى حالة فردية. يمكن للمرء أن يخمن فقط كيف سيشعر الشخص في هذا الموقف. وتجدر الإشارة إلى أن تأثير شد الجسم يتناسب عكسياً مع كتلة الثقب الأسود. بمعنى ، إذا قام BH بكتلة ثلاث شموس بتمديد / كسر الجسم على الفور ، فإن الثقب الأسود الهائل سيكون له قوى مد أقل ، وهناك اقتراحات بأن بعض المواد الفيزيائية يمكن أن "تتحمل" مثل هذا التشوه دون أن تفقد بنيتها.

كما تعلم ، بالقرب من الأجسام الضخمة ، يتدفق الوقت بشكل أبطأ ، مما يعني أن الوقت بالنسبة لرائد الفضاء الانتحاري سوف يتدفق بشكل أبطأ بكثير من الوقت بالنسبة لأبناء الأرض. في هذه الحالة ، ربما لن يعيش أكثر من أصدقائه ، ولكن الأرض نفسها. ستكون الحسابات مطلوبة لتحديد مقدار الوقت الذي سيتباطأ فيه رائد الفضاء ، ولكن مما سبق يمكن افتراض أن رائد الفضاء سوف يسقط في الثقب الأسود ببطء شديد وقد لا يعيش ببساطة لرؤية اللحظة التي يبدأ فيها جسمه في التشوه .

من الجدير بالذكر أنه بالنسبة للمراقب في الخارج ، فإن جميع الأجسام التي طارت إلى أفق الحدث ستبقى على حافة هذا الأفق حتى تختفي صورتها. سبب هذه الظاهرة هو الانزياح الأحمر الثقالي. تبسيطًا إلى حد ما ، يمكننا القول أن الضوء الساقط على جسم رائد فضاء انتحاري "متجمد" في أفق الحدث سيغير تردده بسبب وقته البطيء. مع مرور الوقت بشكل أبطأ ، سينخفض ​​تواتر الضوء ويزداد الطول الموجي. نتيجة لهذه الظاهرة ، عند الإخراج ، أي بالنسبة للمراقب الخارجي ، سيتحول الضوء تدريجياً نحو التردد المنخفض - الأحمر. سيحدث تحول في الضوء على طول الطيف ، حيث يتحرك رائد الفضاء الانتحاري بعيدًا أكثر فأكثر بعيدًا عن المراقب ، وإن كان ذلك غير محسوس تقريبًا ، ويتدفق وقته ببطء أكثر فأكثر. وهكذا ، فإن الضوء المنعكس عن جسده سوف يتجاوز قريبًا الطيف المرئي (ستختفي الصورة) ، وفي المستقبل لا يمكن الكشف عن جسد رائد الفضاء إلا في منطقة الأشعة تحت الحمراء ، ولاحقًا في منطقة التردد اللاسلكي ، ونتيجة لذلك ، سيكون الإشعاع بعيد المنال تمامًا.

على الرغم مما كتب أعلاه ، فمن المفترض أنه في الثقوب السوداء الهائلة الكبيرة جدًا ، لا تتغير قوى المد والجزر كثيرًا مع المسافة وتعمل بشكل موحد تقريبًا على الجسم الساقط. في مثل هذه الحالة ، ستحتفظ المركبة الفضائية المتساقطة بهيكلها. يطرح سؤال معقول - إلى أين يقود الثقب الأسود؟ يمكن الإجابة على هذا السؤال من خلال عمل بعض العلماء ، بربط ظاهرتين مثل الثقوب الدودية والثقوب السوداء.

في عام 1935 ، وضع ألبرت أينشتاين وناثان روزين ، مع الأخذ في الاعتبار ، فرضية حول وجود ما يسمى بالثقوب الدودية ، وربط نقطتين من الزمكان عن طريق الطريق في أماكن الانحناء الكبير للأخير - جسر أينشتاين - روزن أو ثقب دودي. لمثل هذا الانحناء القوي للفضاء ، ستكون هناك حاجة إلى أجسام ذات كتلة عملاقة ، مع الدور الذي يمكن للثقوب السوداء أن تتأقلم معه بشكل مثالي.

يعتبر جسر آينشتاين - روزن ثقبًا دوديًا لا يمكن اختراقه ، لأنه صغير وغير مستقر.

من الممكن عبور الثقب الدودي ضمن نظرية الثقوب السوداء والبيضاء. حيث الثقب الأبيض هو ناتج المعلومات التي سقطت في الثقب الأسود. تم وصف الثقب الأبيض في إطار النسبية العامة ، لكنه يظل اليوم افتراضيًا ولم يتم اكتشافه. تم اقتراح نموذج آخر للثقب الدودي من قبل العلماء الأمريكيين كيب ثورن وطالبه المتخرج مايك موريس ، والذي يمكن أن يكون مقبولًا. ومع ذلك ، كما في حالة ثقب Morris-Thorn ، وكذلك في حالة الثقوب السوداء والبيضاء ، فإن إمكانية السفر تتطلب وجود ما يسمى بالمادة الغريبة ، والتي لها طاقة سلبية وتظل أيضًا افتراضية.

الثقوب السوداء في الكون

تم تأكيد وجود الثقوب السوداء مؤخرًا نسبيًا (سبتمبر 2015) ، ولكن قبل ذلك الوقت كان هناك بالفعل الكثير من المواد النظرية حول طبيعة الثقوب السوداء ، بالإضافة إلى العديد من الكائنات المرشحة لدور الثقب الأسود. بادئ ذي بدء ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار أبعاد الثقب الأسود ، لأن طبيعة الظاهرة ذاتها تعتمد عليها:

• ثقب أسود ذو كتلة نجمية. تتشكل هذه الأجسام نتيجة لانهيار نجم. كما ذكرنا سابقًا ، فإن الحد الأدنى من كتلة الجسم القادر على تكوين مثل هذا الثقب الأسود هو 2.5 - 3 كتلة شمسية.
• ثقوب سوداء متوسطة الكتلة. نوع وسيط مشروط من الثقوب السوداء زاد بسبب امتصاص الأجسام القريبة ، مثل تراكمات الغازات ، ونجم مجاور (في أنظمة من نجمين) وأجسام كونية أخرى.
• ثقب أسود عملاق. كائنات مدمجة بها 10 5-10 10 كتل شمسية. الخصائص المميزة لهذه BHs هي كثافة منخفضة بشكل متناقض ، بالإضافة إلى قوى المد والجزر الضعيفة ، والتي تمت مناقشتها سابقًا. إنه هذا الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة (Sagittarius A *، Sgr A *) ، بالإضافة إلى معظم المجرات الأخرى.

المرشحون لأمراض الشرايين التاجية

أقرب ثقب أسود ، أو بالأحرى مرشح لدور الثقب الأسود ، هو جسم (V616 Unicorn) ، والذي يقع على مسافة 3000 سنة ضوئية من الشمس (في مجرتنا). يتكون من مكونين: نجم كتلته نصف كتلة الشمس ، بالإضافة إلى جسم صغير غير مرئي ، كتلته 3-5 كتل شمسية. إذا تبين أن هذا الجسم هو ثقب أسود صغير ذو كتلة نجمية ، فسيكون أقرب ثقب أسود.

بعد هذا الكائن ، ثاني أقرب ثقب أسود هو Cyg X-1 (Cyg X-1) ، والذي كان المرشح الأول لدور الثقب الأسود. المسافة إليها حوالي 6070 سنة ضوئية. تمت دراستها جيدًا: كتلتها 14.8 كتلة شمسية ويبلغ نصف قطر أفق الحدث حوالي 26 كم.

وفقًا لبعض المصادر ، قد يكون أقرب مرشح آخر لدور الثقب الأسود هو الجسم في النظام النجمي V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) ، والذي كان ، وفقًا لتقديرات عام 1999 ، يقع على مسافة 1600 سنة ضوئية. ومع ذلك ، زادت الدراسات اللاحقة هذه المسافة بمقدار 15 مرة على الأقل.

كم عدد الثقوب السوداء في مجرتنا؟

لا توجد إجابة دقيقة على هذا السؤال ، نظرًا لأنه من الصعب مراقبتها ، وخلال الدراسة الكاملة للسماء ، تمكن العلماء من اكتشاف حوالي عشرة ثقوب سوداء داخل مجرة ​​درب التبانة. دون الانغماس في الحسابات ، نلاحظ أنه يوجد في مجرتنا حوالي 100 - 400 مليار نجم ، وحوالي كل ألف نجم لديه كتلة كافية لتشكيل ثقب أسود. من المحتمل أن تكون ملايين الثقوب السوداء قد تكونت أثناء وجود مجرة ​​درب التبانة. نظرًا لأنه من الأسهل تسجيل ثقوب سوداء ضخمة ، فمن المنطقي أن نفترض أن معظم BHs في مجرتنا ليست فائقة الضخامة. يشار إلى أن أبحاث ناسا عام 2005 تشير إلى وجود سرب كامل من الثقوب السوداء (10-20 ألفًا) يدور حول مركز المجرة. بالإضافة إلى ذلك ، في عام 2016 ، اكتشف علماء الفيزياء الفلكية اليابانيون قمرًا صناعيًا ضخمًا بالقرب من الجسم * - ثقب أسود ، قلب مجرة ​​درب التبانة. نظرًا لنصف القطر الصغير (0.15 سنة ضوئية) لهذا الجسم ، وكذلك كتلته الضخمة (100000 كتلة شمسية) ، يقترح العلماء أن هذا الجسم هو أيضًا ثقب أسود هائل.

نواة مجرتنا ، الثقب الأسود لمجرة درب التبانة (Sagittarius A * ، Sgr A * أو Sagittarius A *) فائق الكتلة ، كتلته 4.31 10 6 كتلة شمسية ، ونصف قطرها 0.00071 سنة ضوئية (6.25 ساعة ضوئية) أو 6.75 مليار كيلومتر). تبلغ درجة حرارة برج القوس A * مع العنقود المحيط به حوالي 1 10 7 كلفن.

أكبر ثقب أسود

أكبر ثقب أسود في الكون تمكن العلماء من اكتشافه هو الثقب الأسود الهائل ، FSRQ blazar ، في مركز المجرة S5 0014 + 81 ، على مسافة 1.2 × 10 10 سنوات ضوئية من الأرض. وفقًا للنتائج الأولية للرصد ، باستخدام مرصد الفضاء السريع ، كانت كتلة الثقب الأسود 40 مليار (40 10 9) كتلة شمسية ، وكان نصف قطر شوارزشيلد لهذا الثقب 118.35 مليار كيلومتر (0.013 سنة ضوئية). بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا للحسابات ، نشأت منذ 12.1 مليار سنة (1.6 مليار سنة بعد الانفجار العظيم). إذا لم يمتص هذا الثقب الأسود العملاق المادة المحيطة به ، فسيعيش ليرى عصر الثقوب السوداء - أحد العصور في تطور الكون ، حيث سيطرت الثقوب السوداء فيه. إذا استمر نواة المجرة S5 0014 + 81 في النمو ، فسيصبح أحد آخر الثقوب السوداء الموجودة في الكون.

يعتبر الثقبان الأسودان الآخران المعروفان ، على الرغم من عدم تسميتهما ، من الأهمية بمكان لدراسة الثقوب السوداء ، حيث أكدا وجودهما تجريبياً ، كما أعطيا نتائج مهمة لدراسة الجاذبية. نحن نتحدث عن الحدث GW150914 ، والذي يسمى تصادم ثقبين أسودين في ثقب واحد. هذا الحدث يسمح للتسجيل.

كشف الثقوب السوداء

قبل التفكير في طرق اكتشاف الثقوب السوداء ، يجب على المرء أن يجيب على السؤال - لماذا الثقب الأسود أسود؟ - الجواب لا يتطلب معرفة عميقة في الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات. الحقيقة أن الثقب الأسود يمتص كل الإشعاع الساقط عليه ولا يشع على الإطلاق ، إذا لم تأخذ في الاعتبار الافتراض. إذا نظرنا إلى هذه الظاهرة بمزيد من التفصيل ، يمكننا أن نفترض أنه لا توجد عمليات داخل الثقوب السوداء تؤدي إلى إطلاق الطاقة على شكل إشعاع كهرومغناطيسي. ثم إذا أشع الثقب الأسود ، فإنه يقع في طيف هوكينغ (الذي يتزامن مع طيف جسم أسود تمامًا ساخن). ومع ذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، لم يتم اكتشاف هذا الإشعاع ، مما يشير إلى انخفاض درجة حرارة الثقوب السوداء تمامًا.

تقول نظرية أخرى مقبولة عمومًا أن الإشعاع الكهرومغناطيسي غير قادر على الإطلاق على مغادرة أفق الحدث. من المرجح أن الفوتونات (جسيمات الضوء) لا تنجذب إلى الأجسام الضخمة ، لأنها ، وفقًا للنظرية ، ليس لها كتلة. ومع ذلك ، لا يزال الثقب الأسود "يجذب" فوتونات الضوء من خلال تشويه الزمكان. إذا تخيلنا وجود ثقب أسود في الفضاء كنوع من الاكتئاب على السطح الأملس للزمكان ، فهناك مسافة معينة من مركز الثقب الأسود ، حيث لا يمكن للضوء أن يتحرك بعيدًا عنه. . بمعنى ، يبدأ الضوء في "السقوط" في "الحفرة" ، التي لا تحتوي حتى على "قاع".

بالإضافة إلى ذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار تأثير الانزياح الأحمر الثقالي ، فمن الممكن أن يفقد الضوء في الثقب الأسود تردده ، ويتحول على طول الطيف إلى منطقة إشعاع الموجة الطويلة ذات التردد المنخفض ، حتى يفقد الطاقة تمامًا.

إذن ، الثقب الأسود أسود وبالتالي يصعب اكتشافه في الفضاء.

طرق الكشف

ضع في اعتبارك الطرق التي يستخدمها علماء الفلك لاكتشاف الثقب الأسود:

بالإضافة إلى الأساليب المذكورة أعلاه ، غالبًا ما يربط العلماء كائنات مثل الثقوب السوداء و. النجوم الزائفة هي بعض مجموعات الأجسام والغازات الكونية ، وهي من بين ألمع الأجسام الفلكية في الكون. نظرًا لأن لديهم كثافة عالية من اللمعان بأحجام صغيرة نسبيًا ، فهناك سبب للاعتقاد بأن مركز هذه الأجسام هو ثقب أسود فائق الكتلة ، والذي يجذب المادة المحيطة إليه. نظرًا لمثل هذه الجاذبية القوية ، يتم تسخين المادة المنجذبة لدرجة أنها تشع بشكل مكثف. عادة ما يقارن اكتشاف مثل هذه الأجسام باكتشاف الثقب الأسود. في بعض الأحيان ، يمكن للكوازارات أن تنبعث دفقات من البلازما الساخنة في اتجاهين - النفاثات النسبية. أسباب ظهور مثل هذه النفاثات (النفاثة) ليست واضحة تمامًا ، ولكن من المحتمل أن تكون ناجمة عن تفاعل المجالات المغناطيسية لـ BH والقرص التراكمي ، ولا تنبعث من ثقب أسود مباشر.

طائرة نفاثة في مجرة ​​M87 تضرب من مركز ثقب أسود

بتلخيص ما سبق ، يمكن للمرء أن يتخيل ، عن قرب: إنه جسم كروي أسود ، تدور حوله مادة شديدة الحرارة ، وتشكل قرص تراكم مضيء.

دمج وتصادم الثقوب السوداء

أحد أكثر الظواهر إثارة للاهتمام في الفيزياء الفلكية هو اصطدام الثقوب السوداء ، مما يجعل من الممكن أيضًا اكتشاف مثل هذه الأجسام الفلكية الضخمة. هذه العمليات لا تهم علماء الفيزياء الفلكية فقط ، لأنها تؤدي إلى ظواهر سيئة الدراسة من قبل الفيزيائيين. أوضح مثال على ذلك هو الحدث المذكور سابقًا والذي يُدعى GW150914 ، عندما اقترب ثقبان أسودان لدرجة أنهما اندمجا في واحد كنتيجة لجاذبية الجاذبية المتبادلة. كانت إحدى النتائج المهمة لهذا الاصطدام ظهور موجات الجاذبية.

وفقًا لتعريف موجات الجاذبية ، هذه تغيرات في مجال الجاذبية تنتشر بطريقة تشبه الموجة من الأجسام الضخمة المتحركة. عندما يقترب جسمان من بعضهما البعض ، يبدأان بالدوران حول مركز ثقل مشترك. عندما يقتربون من بعضهم البعض ، يزداد دورانهم حول محورهم. يمكن لمثل هذه التذبذبات المتغيرة لحقل الجاذبية عند نقطة ما أن تشكل موجة جاذبية قوية يمكن أن تنتشر في الفضاء لملايين السنين الضوئية. لذلك ، على مسافة 1.3 مليار سنة ضوئية ، حدث اصطدام بين ثقبين أسودين ، مما شكّل موجة جاذبية قوية وصلت إلى الأرض في 14 سبتمبر 2015 وتم تسجيلها بواسطة كاشفات LIGO و VIRGO.

كيف تموت الثقوب السوداء؟

من الواضح ، لكي يتوقف الثقب الأسود عن الوجود ، يجب أن يفقد كل كتلته. ومع ذلك ، وفقًا لتعريفها ، لا يمكن لأي شيء أن يترك الثقب الأسود إذا تجاوز أفق الحدث الخاص به. من المعروف أن عالم الفيزياء النظرية السوفيتي فلاديمير جريبوف ذكر لأول مرة إمكانية انبعاث الجسيمات من خلال ثقب أسود في مناقشته مع عالم سوفيتي آخر ياكوف زيلدوفيتش. وقال إنه من وجهة نظر ميكانيكا الكم ، فإن الثقب الأسود قادر على إصدار الجسيمات من خلال تأثير النفق. في وقت لاحق ، بمساعدة ميكانيكا الكم ، بنى نظريته الخاصة ، مختلفة نوعًا ما ، عالم الفيزياء النظرية الإنجليزي ستيفن هوكينج. يمكنك قراءة المزيد عن هذه الظاهرة. باختصار ، هناك ما يسمى بالجسيمات الافتراضية في الفراغ ، والتي تولد باستمرار في أزواج وتفني بعضها البعض ، بينما لا تتفاعل مع العالم المحيط. ولكن إذا نشأت مثل هذه الأزواج عند أفق حدث الثقب الأسود ، فإن الجاذبية القوية قادرة افتراضيًا على فصلها ، حيث يسقط أحد الجسيمات في الثقب الأسود ، ويبتعد الآخر عن الثقب الأسود. وبما أن الجسيم الذي طار بعيدًا عن الثقب يمكن ملاحظته ، وبالتالي لديه طاقة موجبة ، يجب أن يكون للجسيم الذي سقط في حفرة طاقة سالبة. وبالتالي ، سيفقد الثقب الأسود طاقته وسيكون هناك تأثير يسمى تبخر الثقب الأسود.

وفقًا للنماذج المتاحة للثقب الأسود ، كما ذكرنا سابقًا ، مع تناقص كتلته ، يصبح إشعاعه أكثر كثافة. بعد ذلك ، في المرحلة الأخيرة من وجود الثقب الأسود ، عندما يتم تقليصه إلى حجم الثقب الأسود الكمومي ، فإنه سيطلق كمية هائلة من الطاقة على شكل إشعاع ، والتي يمكن أن تعادل الآلاف أو حتى ملايين القنابل الذرية. هذا الحدث يذكرنا إلى حد ما بانفجار ثقب أسود ، مثل القنبلة نفسها. وفقًا للحسابات ، ربما تكون الثقوب السوداء البدائية قد ولدت كنتيجة للانفجار العظيم ، وكان من المفترض أن تكون تلك الثقوب ، التي تبلغ كتلتها في حدود 10 12 كجم ، قد تبخرت وانفجرت في وقت قريب من عصرنا. مهما كان الأمر ، فإن مثل هذه الانفجارات لم يسبق لعلماء الفلك رؤيتها.

على الرغم من الآلية التي اقترحها هوكينج لتدمير الثقوب السوداء ، فإن خصائص إشعاع هوكينغ تسبب مفارقة في إطار ميكانيكا الكم. إذا كان الثقب الأسود يمتص بعض الجسم ، ثم يفقد الكتلة الناتجة عن امتصاص هذا الجسم ، فبغض النظر عن طبيعة الجسم ، فإن الثقب الأسود لن يختلف عما كان عليه قبل امتصاص الجسم. في هذه الحالة ، يتم فقد المعلومات حول الجسم إلى الأبد. من وجهة نظر الحسابات النظرية ، فإن تحويل الحالة النقية الأولية إلى الحالة المختلطة ("الحرارية") الناتجة لا يتوافق مع النظرية الحالية لميكانيكا الكم. تسمى هذه المفارقة أحيانًا اختفاء المعلومات في الثقب الأسود. لم يتم العثور على حل حقيقي لهذه المفارقة. الخيارات المعروفة لحل التناقض:

• تناقض نظرية هوكينج. وهذا يستلزم استحالة تدمير الثقب الأسود ونموه المستمر.
• وجود ثقوب بيضاء. في هذه الحالة ، لا تختفي المعلومات التي تم امتصاصها ، بل يتم التخلص منها ببساطة في كون آخر.
• تناقض النظرية المقبولة عمومًا لميكانيكا الكم.

مشكلة فيزياء الثقوب السوداء غير محلولة

إذا حكمنا من خلال كل ما تم وصفه سابقًا ، فإن الثقوب السوداء ، على الرغم من دراستها لفترة طويلة نسبيًا ، لا تزال تتمتع بالعديد من الميزات ، والتي لا تزال آلياتها غير معروفة للعلماء.

• في عام 1970 ، صاغ عالم إنجليزي ما يسمى ب. "مبدأ الرقابة الكونية" - "الطبيعة تمقت التفرد المجرد". هذا يعني أن التفرد يتشكل فقط في الأماكن المخفية عن الأنظار ، مثل مركز الثقب الأسود. ومع ذلك ، لم يتم إثبات هذا المبدأ بعد. هناك أيضًا حسابات نظرية يمكن أن تحدث التفرد "العاري" وفقًا لها.
• لم يتم إثبات "نظرية اللا شعر" ، التي وفقًا لها للثقوب السوداء فقط ثلاثة معايير.
• لم يتم تطوير نظرية كاملة للغلاف المغناطيسي للثقب الأسود.
• لم يتم دراسة طبيعة وفيزياء الجاذبية المفردة.
• ليس معروفًا على وجه اليقين ما يحدث في المرحلة الأخيرة من وجود الثقب الأسود ، وما يتبقى بعد الاضمحلال الكمومي.

حقائق مثيرة للاهتمام حول الثقوب السوداء

تلخيصًا لما سبق ، يمكننا تسليط الضوء على العديد من الميزات المثيرة وغير العادية لطبيعة الثقوب السوداء:

• تحتوي الثقوب السوداء على ثلاثة معايير فقط: الكتلة والشحنة الكهربائية والزخم الزاوي. نتيجة لهذا العدد الصغير من خصائص هذا الجسم ، فإن النظرية التي تنص على ذلك تسمى "نظرية عدم الشعر". هذا أيضًا هو المكان الذي جاءت منه عبارة "الثقب الأسود ليس له شعر" ، مما يعني أن ثقبين أسودين متطابقان تمامًا ، ومعاييرهما الثلاثة المذكورة هي نفسها.
• يمكن أن تكون كثافة الثقوب السوداء أقل من كثافة الهواء ، وتكون درجة الحرارة قريبة من الصفر المطلق. من هذا يمكننا أن نفترض أن تشكل الثقب الأسود لا يحدث بسبب ضغط المادة ، ولكن نتيجة لتراكم كمية كبيرة من المادة في حجم معين.
• الوقت الذي تستغرقه الأجسام التي تمتصها الثقوب السوداء أبطأ بكثير من الوقت الذي يستغرقه مراقب خارجي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأجسام الممتصة تتمدد بشكل كبير داخل الثقب الأسود ، وهو ما أطلق عليه العلماء سباجيتيتيفيشن.
• قد يكون هناك حوالي مليون ثقب أسود في مجرتنا.
• ربما يوجد ثقب أسود هائل في مركز كل مجرة.
• في المستقبل ، وفقًا للنموذج النظري ، سيصل الكون إلى ما يسمى بعصر الثقوب السوداء ، عندما تصبح الثقوب السوداء هي الأجسام المهيمنة في الكون.

تاريخ النشر: 2012/09/27

لدى معظم الناس فكرة غامضة أو غير صحيحة عن ماهية الثقوب السوداء. في هذه الأثناء ، هذه أشياء عالمية وقوية للكون ، بالمقارنة معها كوكبنا وكل حياتنا لا شيء.

جوهر

هذا جسم فضائي له جاذبية هائلة لدرجة أنه يمتص كل ما يقع ضمن حدوده. في الواقع ، الثقب الأسود هو جسم لا يطلق الضوء حتى وينحني الزمكان. حتى الوقت يتدفق ببطء أكثر بالقرب من الثقوب السوداء.

في الواقع ، إن وجود الثقوب السوداء ليس سوى نظرية (وقليلًا من الممارسة). العلماء لديهم افتراضات وخبرات عملية ، لكن لم يكن من الممكن بعد دراسة الثقوب السوداء عن كثب. هذا هو السبب في أن الثقوب السوداء تسمى شرطيًا جميع الكائنات التي تتناسب مع هذا الوصف. لم يتم دراسة الثقوب السوداء كثيرًا ، وبالتالي تظل الكثير من الأسئلة بدون إجابات.

أي ثقب أسود له أفق حدث - تلك الحدود ، وبعد ذلك لا يمكن أن يخرج أي شيء. علاوة على ذلك ، كلما اقترب الجسم من الثقب الأسود ، كان تحركه أبطأ.

تعليم

هناك عدة أنواع وطرق لتكوين الثقوب السوداء:
- تكون الثقوب السوداء نتيجة تكوين الكون. ظهرت هذه الثقوب السوداء مباشرة بعد الانفجار العظيم.
- النجوم المحتضرة. عندما يفقد النجم طاقته وتتوقف التفاعلات النووية الحرارية ، يبدأ النجم في الانكماش. اعتمادًا على درجة الانضغاط ، يتم تمييز النجوم النيوترونية والأقزام البيضاء ، وفي الواقع ، الثقوب السوداء.
- الحصول عن طريق التجربة. على سبيل المثال ، في مصادم ، يمكنك إنشاء ثقب أسود كمومي.

إصدارات

يميل العديد من العلماء إلى الاعتقاد بأن الثقوب السوداء تتخلص من كل المواد الممتصة في مكان آخر. أولئك. يجب أن تكون هناك "ثقوب بيضاء" تعمل وفق مبدأ مختلف. إذا تمكنت من الدخول في ثقب أسود ، لكنك لا تستطيع الخروج ، فلن تتمكن من الدخول في ثقب أبيض. الحجة الرئيسية للعلماء هي رشقات الطاقة الحادة والقوية المسجلة في الفضاء.

أنشأ منظرو الأوتار عمومًا نموذجهم الخاص للثقب الأسود ، والذي لا يدمر المعلومات. تسمى نظريتهم "كرة الزغب" - وهي تسمح لك بالإجابة على الأسئلة المتعلقة بالتفرد واختفاء المعلومات.

ما هو التفرد واختفاء المعلومات؟ التفرد هو نقطة في الفضاء تتميز بضغط وكثافة لانهائي. كثيرون مرتبكون بحقيقة التفرد ، لأن الفيزيائيين لا يستطيعون العمل بأعداد لا نهائية. كثيرون على يقين من وجود تفرد في الثقب الأسود ، لكن خصائصه موصوفة بشكل سطحي للغاية.

بعبارات بسيطة ، تأتي جميع المشكلات وسوء الفهم من العلاقة بين ميكانيكا الكم والجاذبية. حتى الآن ، لا يمكن للعلماء إنشاء نظرية توحدهم. هذا هو سبب وجود مشاكل مع الثقب الأسود. بعد كل شيء ، يبدو أن الثقب الأسود يدمر المعلومات ، لكن أسس ميكانيكا الكم تنتهك. على الرغم من أنه في الآونة الأخيرة ، بدا أن S. Hawking قد حل هذه المشكلة ، مشيرًا إلى أن المعلومات الموجودة في الثقوب السوداء لم يتم تدميرها بعد.

الأفكار النمطية

أولاً ، لا يمكن أن توجد الثقوب السوداء إلى أجل غير مسمى. وكل ذلك بفضل تبخر هوكينغ. لذلك ، لا ينبغي للمرء أن يعتقد أن الثقوب السوداء ستبتلع الكون عاجلاً أم آجلاً.

ثانيًا ، لن تصبح شمسنا ثقبًا أسود. لأن كتلة نجمنا لن تكون كافية. من المرجح أن تتحول شمسنا إلى قزم أبيض (وهذه ليست حقيقة).

ثالثًا ، لن يدمر مصادم الهادرونات الكبير أرضنا من خلال تكوين ثقب أسود. حتى لو قاموا عن عمد بإنشاء ثقب أسود و "إطلاقه" ، نظرًا لصغر حجمه ، فسوف يمتص كوكبنا لفترة طويلة جدًا جدًا.

رابعًا ، لا تعتقد أن الثقب الأسود هو "ثقب" في الفضاء. الثقب الأسود هو جسم كروي. ومن هنا تأتي غالبية الآراء القائلة بأن الثقوب السوداء تؤدي إلى كون موازٍ. ومع ذلك ، فإن هذه الحقيقة لم يتم إثباتها بعد.

خامساً ، الثقب الأسود ليس له لون. يتم الكشف عنها إما عن طريق الأشعة السينية أو على خلفية المجرات والنجوم الأخرى (تأثير العدسة).

نظرًا لحقيقة أن الناس غالبًا ما يخلطون بين الثقوب السوداء والثقوب الدودية (الموجودة بالفعل) ، لا يتم تمييز هذه المفاهيم بين الناس العاديين. يسمح لك الثقب الدودي حقًا بالتحرك في المكان والزمان ، ولكن حتى الآن من الناحية النظرية فقط.

أشياء معقدة بعبارات بسيطة

من الصعب وصف هذه الظاهرة بالثقب الأسود بعبارات بسيطة. إذا كنت تعتبر نفسك فنيًا متمرسًا في العلوم الدقيقة ، فإنني أنصحك بقراءة أعمال العلماء مباشرة. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن هذه الظاهرة ، فاقرأ كتابات ستيفن هوكينج. لقد فعل الكثير من أجل العلم ، وخاصة في مجال الثقوب السوداء. تم تسمية تبخر الثقوب السوداء باسمه. إنه مؤيد للنهج التربوي ، وبالتالي فإن جميع أعماله ستكون مفهومة حتى بالنسبة للشخص العادي.

الكتب:
- الثقوب السوداء والأكوان الشابة ، 1993.
- العالم بإيجاز 2001.
- "أقصر تاريخ للكون 2005" للعام.

أود بشكل خاص أن أوصي بأفلامه العلمية الشهيرة ، والتي ستخبرك بلغة مفهومة ليس فقط عن الثقوب السوداء ، ولكن أيضًا عن الكون بشكل عام:
- "الكون لستيفن هوكينج" - سلسلة من 6 حلقات.
- "عمق الكون مع ستيفن هوكينج" - سلسلة من 3 حلقات.
تمت ترجمة كل هذه الأفلام إلى اللغة الروسية وغالبًا ما يتم عرضها على قنوات ديسكفري.

شكرًا لكم على اهتمامكم!

أحدث النصائح العلمية والتقنية:

هل هذه النصيحة تساعدك؟يمكنك مساعدة المشروع من خلال التبرع بأي مبلغ تريده لتطويره. على سبيل المثال ، 20 روبل. او اكثر:)

كل شخص يتعرف على علم الفلك عاجلاً أم آجلاً يشعر بفضول قوي حول أكثر الأشياء غموضًا في الكون - الثقوب السوداء. هؤلاء هم سادة الظلام الحقيقيون ، قادرون على "ابتلاع" أي ذرة تمر في الجوار وعدم السماح حتى للضوء بالهروب - إن جاذبيتهم قوية للغاية. تمثل هذه الأجسام تحديًا حقيقيًا للفيزيائيين وعلماء الفلك. لا يزال الأول غير قادر على فهم ما يحدث للمادة التي سقطت داخل الثقب الأسود ، والأخيرة ، على الرغم من أنها تفسر أكثر ظواهر الفضاء استهلاكًا للطاقة من خلال وجود الثقوب السوداء ، إلا أنها لم تتح لها الفرصة أبدًا لرصد أي منها. مباشرة. سنتحدث عن هذه الأجرام السماوية الأكثر إثارة للاهتمام ، ونكتشف ما تم اكتشافه بالفعل وما يتبقى معروفًا من أجل رفع حجاب السرية.

ما هو الثقب الأسود؟

تم اقتراح اسم "الثقب الأسود" (بالإنجليزية - الثقب الأسود) في عام 1967 من قبل الفيزيائي الأمريكي جون أرشيبالد ويلر (انظر الصورة على اليسار). لقد عملت على تعيين جرم سماوي ، تكون جاذبيته قوية لدرجة أنه حتى الضوء لا يتخلى عن نفسه. لذلك فهو "أسود" لأنه لا ينبعث منه ضوء.

ملاحظات غير مباشرة

هذا هو سبب هذا الغموض: نظرًا لأن الثقوب السوداء لا تتوهج ، فلا يمكننا رؤيتها مباشرة ونضطر للبحث عنها ودراستها ، فقط باستخدام أدلة غير مباشرة على أن وجودها يترك في الفضاء المحيط. بعبارة أخرى ، إذا ابتلع ثقب أسود نجمًا ، فلا يمكننا رؤية الثقب الأسود ، لكن يمكننا ملاحظة الآثار المدمرة لحقله الجاذبي القوي.

حدس لابلاس

على الرغم من أن تعبير "الثقب الأسود" للدلالة على المرحلة النهائية الافتراضية لتطور النجم الذي انهار تحت تأثير الجاذبية ظهر مؤخرًا نسبيًا ، فقد نشأت فكرة إمكانية وجود مثل هذه الأجسام بشكل أكبر. من قرنين من الزمان. افترض الإنجليزي جون ميشيل والفرنسي بيير سيمون دي لابلاس بشكل مستقل وجود "نجوم غير مرئية". بينما كانت تستند إلى قوانين الديناميكيات المعتادة وقانون الجاذبية الكونية لنيوتن. اليوم ، تلقت الثقوب السوداء وصفها الصحيح بناءً على نظرية النسبية العامة لأينشتاين.

في عمله "بيان نظام العالم" (1796) ، كتب لابلاس: "نجم لامع له نفس كثافة الأرض ، ويبلغ قطره 250 مرة أكبر من قطر الشمس ، بسبب جاذبيته ، لن تسمح لأشعة الضوء بالوصول إلينا. لذلك ، من الممكن أن تكون الأجرام السماوية الأكبر والألمع غير مرئية لهذا السبب.

الجاذبية التي لا تقهر

استندت فكرة لابلاس إلى مفهوم سرعة الهروب (السرعة الكونية الثانية). الثقب الأسود هو جسم كثيف لدرجة أن جاذبيته قادرة على احتجاز الضوء ، والذي يولد أعلى سرعة في الطبيعة (حوالي 300000 كم / ثانية). من الناحية العملية ، من أجل الهروب من الثقب الأسود ، تحتاج إلى سرعة أكبر من سرعة الضوء ، لكن هذا مستحيل!

هذا يعني أن نجمًا من هذا النوع سيكون غير مرئي ، لأنه حتى الضوء لن يكون قادرًا على التغلب على جاذبيته القوية. شرح أينشتاين هذه الحقيقة من خلال ظاهرة انحراف الضوء تحت تأثير مجال الجاذبية. في الواقع ، بالقرب من الثقب الأسود ، يكون الزمكان منحنيًا لدرجة أن مسارات أشعة الضوء تنغلق أيضًا على نفسها. من أجل تحويل الشمس إلى ثقب أسود ، يجب أن نركز كل كتلتها في كرة نصف قطرها 3 كيلومترات ، وسيتعين على الأرض أن تتحول إلى كرة نصف قطرها 9 مم!

أنواع الثقوب السوداء

قبل حوالي عشر سنوات ، أشارت الملاحظات إلى وجود نوعين من الثقوب السوداء: النجمي ، الذي تتشابه كتلته مع كتلة الشمس أو يتجاوزها قليلاً ، والثقب الهائل ، الذي تتراوح كتلته بين مئات الآلاف إلى ملايين الكتل الشمسية. ومع ذلك ، في الآونة الأخيرة نسبيًا ، أظهرت صور الأشعة السينية عالية الدقة والأطياف التي تم الحصول عليها من الأقمار الصناعية مثل Chandra و XMM-Newton النوع الثالث من الثقوب السوداء - بمتوسط ​​كتلة يتجاوز كتلة الشمس بآلاف المرات .

الثقوب السوداء النجمية

أصبحت الثقوب السوداء النجمية معروفة في وقت أبكر من غيرها. تتشكل عندما ينفد الوقود النووي من نجم كبير الكتلة ، في نهاية مساره التطوري ، وينهار على نفسه بسبب جاذبيته. الانفجار المدمر النجم (المعروف باسم "انفجار سوبر نوفا") له عواقب وخيمة: إذا كانت كتلة نواة النجم أكبر بعشرة أضعاف كتلة الشمس ، فلا يمكن لأي قوة نووية أن تصمد أمام الانهيار الثقالي الذي سينتج عنه ظهور ثقب أسود.

الثقوب السوداء الهائلة

الثقوب السوداء الهائلة ، التي لوحظت لأول مرة في نوى بعض المجرات النشطة ، لها أصل مختلف. هناك عدة فرضيات تتعلق بميلادهم: ثقب أسود نجمي يلتهم كل النجوم المحيطة به لملايين السنين. مجموعة مدمجة من الثقوب السوداء ؛ سحابة ضخمة من الغاز تنهار مباشرة في ثقب أسود. هذه الثقوب السوداء هي من بين أكثر الأجسام نشاطا في الفضاء. تقع في مراكز العديد من المجرات ، إن لم يكن كلها. يحتوي مجرتنا أيضًا على مثل هذا الثقب الأسود. في بعض الأحيان ، بسبب وجود مثل هذا الثقب الأسود ، تصبح قلوب هذه المجرات شديدة السطوع. المجرات ذات الثقوب السوداء في المركز ، والمحاطة بكمية كبيرة من المادة المتساقطة ، وبالتالي قادرة على إنتاج كمية هائلة من الطاقة ، تسمى "نشطة" ، وتسمى نواتها "نوى المجرة النشطة" (AGN). على سبيل المثال ، الكوازارات (أكثر الأجسام الفضائية بعدًا منا والتي يمكن ملاحظتها) هي مجرات نشطة ، لا نرى فيها سوى نواة شديدة السطوع.

متوسطة و "صغيرة"

هناك لغز آخر لا يزال هو الثقوب السوداء متوسطة الكتلة ، والتي ، وفقًا للدراسات الحديثة ، قد تكون في مركز بعض العناقيد الكروية ، مثل M13 و NCC 6388. يشك العديد من علماء الفلك في هذه الأجسام ، لكن بعض الأبحاث الحديثة تشير إلى وجود ثقوب سوداء متوسطة الحجم حتى ليست بعيدة عن مركز مجرتنا. طرح الفيزيائي الإنجليزي ستيفن هوكينغ أيضًا افتراضًا نظريًا حول وجود النوع الرابع من الثقوب السوداء - "ثقب صغير" كتلته مليار طن فقط (وهو ما يعادل تقريبًا كتلة جبل كبير). نحن نتحدث عن الأشياء الأولية ، أي تلك التي ظهرت في اللحظات الأولى من حياة الكون ، عندما كان الضغط لا يزال مرتفعًا للغاية. ومع ذلك ، لم يتم اكتشاف أي أثر لوجودهم.

كيف تجد الثقب الأسود

منذ بضع سنوات فقط ، ظهر ضوء على الثقوب السوداء. بفضل التحسين المستمر للأدوات والتقنيات (الأرضية والفضائية على حد سواء) ، أصبحت هذه الأشياء أقل غموضًا ؛ بتعبير أدق ، تصبح المساحة المحيطة بهم أقل غموضًا. في الواقع ، نظرًا لأن الثقب الأسود نفسه غير مرئي ، لا يمكننا التعرف عليه إلا إذا كان محاطًا بما يكفي من مادة (نجوم وغاز ساخن) تدور حوله على مسافة صغيرة.

مشاهدة الأنظمة المزدوجة

تم اكتشاف بعض الثقوب السوداء النجمية من خلال مراقبة الحركة المدارية لنجم حول رفيق ثنائي غير مرئي. تعتبر الأنظمة الثنائية القريبة (أي التي تتكون من نجمين قريبين جدًا من بعضهما البعض) ، حيث يكون أحد الرفقاء غير مرئي ، هدفًا مفضلاً للمراقبة لعلماء الفيزياء الفلكية الذين يبحثون عن الثقوب السوداء.

مؤشر وجود ثقب أسود (أو نجم نيوتروني) هو الانبعاث القوي للأشعة السينية ، الناجم عن آلية معقدة ، والتي يمكن وصفها بشكل تخطيطي على النحو التالي. بسبب جاذبيته القوية ، يمكن للثقب الأسود أن ينزع المادة من النجم المرافق ؛ يتم توزيع هذا الغاز على شكل قرص مسطح ويسقط في دوامة في الثقب الأسود. يؤدي الاحتكاك الناتج عن اصطدام جزيئات الغاز المتساقط إلى تسخين الطبقات الداخلية للقرص إلى عدة ملايين من الدرجات ، مما يؤدي إلى انبعاث أشعة سينية قويًا.

ملاحظات الأشعة السينية

جعلت عمليات المراقبة بالأشعة السينية للأجسام في مجرتنا والمجرات المجاورة ، والتي تم إجراؤها لعدة عقود ، من الممكن اكتشاف المصادر الثنائية المدمجة ، والتي تضم حوالي عشرة أنظمة تحتوي على ثقوب سوداء مرشحة. المشكلة الرئيسية هي تحديد كتلة الجسم السماوي غير المرئي. يمكن العثور على قيمة الكتلة (وإن لم تكن دقيقة للغاية) من خلال دراسة حركة الرفيق أو ، وهو الأمر الأكثر صعوبة ، عن طريق قياس شدة الأشعة السينية للمادة الواقعة. ترتبط هذه الشدة بمعادلة مع كتلة الجسم التي تقع عليها هذه المادة.

حائز على جائزة نوبل

يمكن قول شيء مشابه عن الثقوب السوداء الهائلة التي لوحظت في نوى العديد من المجرات ، والتي تقدر كتلتها عن طريق قياس السرعات المدارية للغاز الذي يسقط في الثقب الأسود. في هذه الحالة ، بسبب مجال جاذبية قوي لجسم كبير جدًا ، يتم الكشف عن الزيادة السريعة في سرعة سحب الغاز التي تدور في مركز المجرات من خلال الملاحظات في النطاق الراديوي ، وكذلك في الحزم الضوئية. يمكن أن تؤكد الملاحظات في نطاق الأشعة السينية زيادة إطلاق الطاقة بسبب سقوط المادة في الثقب الأسود. بدأ البحث في الأشعة السينية في أوائل الستينيات من قبل الإيطالي ريكاردو جياكوني ، الذي عمل في الولايات المتحدة. حصل على جائزة نوبل عام 2002 تقديراً "لمساهماته الرائدة في الفيزياء الفلكية التي أدت إلى اكتشاف مصادر الأشعة السينية في الفضاء".

Cygnus X-1: المرشح الأول

مجرتنا ليست محصنة ضد وجود الأجسام المرشحة للثقب الأسود. لحسن الحظ ، لا يوجد أي من هذه الأجسام قريب منا بما يكفي لتشكيل خطر على وجود الأرض أو النظام الشمسي. على الرغم من العدد الكبير لمصادر الأشعة السينية المضغوطة الملحوظة (وهذه هي الأكثر احتمالًا للعثور على الثقوب السوداء هناك) ، لسنا متأكدين من أنها تحتوي بالفعل على ثقوب سوداء. المصدر الوحيد من بين هذه المصادر الذي لا يحتوي على نسخة بديلة هو Cygnus X-1 ، وهو ألمع مصدر للأشعة السينية في كوكبة Cygnus.

نجوم ضخمة

هذا النظام ، الذي تبلغ مدته المدارية 5.6 يوم ، يتكون من نجم أزرق لامع للغاية بحجم كبير (قطره 20 ضعف كتلة الشمس ، وكتلته حوالي 30 مرة) ، ويمكن تمييزه بسهولة حتى في التلسكوب الخاص بك ، و النجم الثاني غير المرئي ، الكتلة التي تقدر بعدة كتل شمسية (حتى 10). يقع النجم الثاني على بعد 6500 سنة ضوئية منا ، وسيكون مرئيًا تمامًا إذا كان نجمًا عاديًا. أدى اختفائه ، والأشعة السينية القوية للنظام ، وأخيراً تقدير كتلته ، إلى اعتقاد معظم علماء الفلك أن هذا هو أول اكتشاف مؤكد لثقب أسود نجمي.

شكوك

ومع ذلك ، هناك أيضًا متشككون. من بينهم أحد أكبر الباحثين عن الثقوب السوداء ، الفيزيائي ستيفن هوكينج. حتى أنه راهن مع زميله الأمريكي كيل ثورن ، وهو مؤيد قوي لتصنيف Cygnus X-1 على أنه ثقب أسود.

الخلاف حول طبيعة كائن Cygnus X-1 ليس رهان هوكينج الوحيد. بعد أن كرس عدة عقود للدراسات النظرية للثقوب السوداء ، أصبح مقتنعًا بمغالطة أفكاره السابقة حول هذه الأجسام الغامضة.على وجه الخصوص ، افترض هوكينغ أن المادة بعد السقوط في الثقب الأسود تختفي إلى الأبد ، ومعها تختفي جميع أمتعتها المعلوماتية . لقد كان واثقًا من هذا لدرجة أنه راهن على هذا الموضوع في عام 1997 مع زميله الأمريكي جون بريسكيل.

الاعتراف بالخطأ

في 21 يوليو 2004 ، في خطابه في مؤتمر النسبية في دبلن ، اعترف هوكينج بأن بريسكيل كان على حق. لا تؤدي الثقوب السوداء إلى الاختفاء التام للمادة. علاوة على ذلك ، لديهم نوع معين من "الذاكرة". بداخلها قد يتم تخزين آثار لما تمتصه. وبالتالي ، من خلال "التبخر" (أي إصدار إشعاع بطيء بسبب التأثير الكمي) ، يمكنهم إعادة هذه المعلومات إلى كوننا.

الثقوب السوداء في المجرة

لا يزال لدى علماء الفلك الكثير من الشكوك حول وجود ثقوب سوداء نجمية في مجرتنا (مثل تلك التي تنتمي إلى النظام الثنائي Cygnus X-1) ؛ ولكن هناك شك أقل بكثير حول الثقوب السوداء الهائلة.

في المركز

يوجد على الأقل ثقب أسود هائل واحد في مجرتنا. يقع مصدره ، المعروف باسم Sagittarius A * ، على وجه التحديد في وسط مستوي درب التبانة. يفسر اسمه حقيقة أنه أقوى مصدر راديو في كوكبة القوس. في هذا الاتجاه توجد المراكز الهندسية والفيزيائية لنظامنا المجري. يقع على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية منا ، وهو ثقب أسود هائل مرتبط بمصدر موجات الراديو ، القوس A * ، له كتلة تقدر بنحو 4 ملايين كتلة شمسية ، موجودة في فضاء حجمه قابل للمقارنة لحجم النظام الشمسي. قربه النسبي منا (هذا الثقب الأسود الهائل هو بلا شك الأقرب إلى الأرض) تسبب في تعرض الجسم لفحص عميق من قبل مرصد شاندرا الفضائي في السنوات الأخيرة. اتضح ، على وجه الخصوص ، أنه أيضًا مصدر قوي للأشعة السينية (ولكنه ليس بنفس قوة المصادر في نوى المجرة النشطة). قد يكون القوس A * البقايا الخاملة لما كان النواة النشطة لمجرتنا منذ ملايين أو بلايين السنين.

الثقب الأسود الثاني؟

ومع ذلك ، يعتقد بعض علماء الفلك أن هناك مفاجأة أخرى في مجرتنا. نحن نتحدث عن ثقب أسود ثانٍ ذي كتلة متوسطة ، يضم مجموعة من النجوم الفتية معًا ولا يسمح لها بالسقوط في ثقب أسود هائل يقع في وسط المجرة نفسها. كيف يمكن أن يكون هناك على مسافة أقل من سنة ضوئية منها عنقود نجمي بعمر بالكاد وصل إلى 10 ملايين سنة ، أي ، بالمعايير الفلكية ، صغير جدًا؟ وفقًا للباحثين ، تكمن الإجابة في حقيقة أن الكتلة لم تولد هناك (البيئة المحيطة بالثقب الأسود المركزي معادية جدًا لتشكيل النجوم) ، ولكن تم "رسمها" هناك بسبب وجود ثقب أسود ثانٍ بالداخل. الذي يحتوي على كتلة من القيم المتوسطة.

فى مدار

بدأت النجوم الفردية للعنقود ، التي اجتذبها الثقب الأسود الهائل ، بالتحول نحو مركز المجرة. ومع ذلك ، بدلاً من أن يتشتتوا في الفضاء ، فإنهم يظلون معًا بسبب جاذبية ثقب أسود ثانٍ يقع في مركز الكتلة. يمكن تقدير كتلة هذا الثقب الأسود من خلال قدرته على الاحتفاظ بمجموعة نجمية كاملة "بسلسلة". يبدو أن الثقب الأسود متوسط ​​الحجم يدور حول الثقب الأسود المركزي في حوالي 100 عام. وهذا يعني أن الملاحظات طويلة المدى على مدى سنوات عديدة ستسمح لنا "برؤيتها".

« يمكن أن يكون الخيال العلمي مفيدًا - فهو يحفز الخيال ويخفف من الخوف من المستقبل. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الحقائق العلمية أكثر إثارة للدهشة. لم يتخيل الخيال العلمي حتى أشياء مثل الثقوب السوداء.»
ستيفن هوكينج

في أعماق الكون يكمن للإنسان أسرار وألغاز لا حصر لها. إحداها هي الثقوب السوداء - أشياء لا تستطيع حتى أذهان البشر فهمها. يحاول المئات من علماء الفيزياء الفلكية اكتشاف طبيعة الثقوب السوداء ، لكننا في هذه المرحلة لم نثبت وجودها عمليًا.

يكرس المخرجون أفلامهم لهم ، وبين الناس العاديين ، أصبحت الثقوب السوداء ظاهرة عبادة لدرجة أنها أصبحت مرتبطة بنهاية العالم والموت الوشيك. إنهم مرعوبون ومكروهون ، لكنهم في نفس الوقت معبودون وينحنون أمام المجهول ، الذي تحف به هذه الأجزاء الغريبة من الكون. توافق ، أن يبتلعك ثقب أسود هو ذلك النوع من الرومانسية. بمساعدتهم ، يكون ذلك ممكنًا ، ويمكنهم أيضًا أن يصبحوا مرشدين لنا في.

غالبًا ما تتكهن الصحافة الصفراء بشعبية الثقوب السوداء. العثور على عناوين الصحف في الصحف المتعلقة بنهاية العالم على هذا الكوكب بسبب اصطدام آخر مع ثقب أسود هائل ليس مشكلة. والأسوأ من ذلك أن الجزء الأمي من السكان يأخذ كل شيء على محمل الجد ويثير حالة من الذعر. لتحقيق بعض الوضوح ، سنذهب في رحلة إلى أصول اكتشاف الثقوب السوداء ونحاول فهم ماهيتها وكيفية الارتباط بها.

نجوم غير مرئية

لقد حدث أن وصف الفيزيائيين المعاصرين بنية كوننا بمساعدة نظرية النسبية ، التي قدمها أينشتاين بعناية للبشرية في بداية القرن العشرين. ما هو أكثر غموضًا هو الثقوب السوداء ، حيث تتوقف جميع قوانين الفيزياء المعروفة لنا ، بما في ذلك نظرية أينشتاين ، عن العمل في أفق الحدث. أليس هذا رائعا؟ بالإضافة إلى ذلك ، تم التعبير عن التخمين حول وجود الثقوب السوداء قبل فترة طويلة من ولادة أينشتاين نفسه.

في عام 1783 كانت هناك زيادة كبيرة في النشاط العلمي في إنجلترا. في تلك الأيام ، كان العلم يسير جنبًا إلى جنب مع الدين ، وكانا متفقين جيدًا ، ولم يعد العلماء يعتبرون زنادقة. علاوة على ذلك ، شارك الكهنة في البحث العلمي. كان أحد خدام الله هؤلاء القس الإنجليزي جون ميشيل ، الذي لم يسأل نفسه أسئلة عن الحياة فحسب ، بل سأل أيضًا مهامًا علمية تمامًا. كان ميشيل عالماً ذائع الصيت: في البداية كان مدرسًا للرياضيات واللغويات القديمة في إحدى الكليات ، وبعد ذلك تم قبوله في الجمعية الملكية في لندن لعدد من الاكتشافات.

تعامل جون ميشيل مع علم الزلازل ، ولكن في أوقات فراغه كان يحب التفكير في الأبدية والكون. هذه هي الطريقة التي توصل بها إلى فكرة أنه في مكان ما في أعماق الكون قد توجد أجسام فائقة الكتلة ذات جاذبية قوية لدرجة أنه من أجل التغلب على قوة الجاذبية لمثل هذا الجسم ، من الضروري التحرك بسرعة تساوي أو أعلى من سرعة الضوء. إذا قبلنا مثل هذه النظرية على أنها صحيحة ، فلن يتمكن حتى الضوء من تطوير السرعة الكونية الثانية (السرعة اللازمة للتغلب على جاذبية الجسم المغادرة) ، لذلك سيبقى هذا الجسم غير مرئي للعين المجردة.

أطلق ميشيل على نظريته الجديدة اسم "النجوم المظلمة" ، وفي نفس الوقت حاول حساب كتلة هذه الأجسام. وقد عبر عن أفكاره حول هذا الموضوع في رسالة مفتوحة إلى الجمعية الملكية في لندن. لسوء الحظ ، في تلك الأيام ، لم يكن مثل هذا البحث ذا قيمة خاصة للعلم ، لذلك تم إرسال رسالة ميشيل إلى الأرشيف. بعد مائتي عام فقط ، في النصف الثاني من القرن العشرين ، تم العثور عليها من بين آلاف السجلات الأخرى المخزنة بعناية في المكتبة القديمة.

أول دليل علمي على وجود الثقوب السوداء

بعد إصدار نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، بدأ علماء الرياضيات والفيزياء بجدية في حل المعادلات التي قدمها العالم الألماني ، والتي كان من المفترض أن تخبرنا كثيرًا عن بنية الكون. قرر عالم الفلك الألماني كارل شوارزشيلد أن يفعل الشيء نفسه في عام 1916.

توصل العالم ، باستخدام حساباته ، إلى استنتاج مفاده أن وجود الثقوب السوداء أمر ممكن. كان أيضًا أول من وصف ما سُمي لاحقًا بالعبارة الرومانسية "أفق الحدث" - حدود خيالية للزمكان عند ثقب أسود ، بعد عبوره تأتي نقطة اللاعودة. لا شيء يهرب من أفق الحدث ، ولا حتى الضوء. يقع ما يسمى بـ "التفرد" وراء أفق الحدث ، حيث تتوقف قوانين الفيزياء المعروفة لنا عن العمل.

استمر في تطوير نظريته وحل المعادلات ، اكتشف شوارزشيلد أسرارًا جديدة للثقوب السوداء لنفسه وللعالم. لذلك ، كان قادرًا على حساب المسافة من مركز الثقب الأسود ، حيث تتركز كتلته ، إلى أفق الحدث ، على الورق فقط. أطلق شوارزشيلد على هذه المسافة نصف قطر الجاذبية.

على الرغم من حقيقة أن حلول Schwarzschild رياضياً كانت صحيحة بشكل استثنائي ولا يمكن دحضها ، لم يستطع المجتمع العلمي في أوائل القرن العشرين على الفور قبول مثل هذا الاكتشاف الصادم ، وتم شطب وجود الثقوب السوداء على أنه خيال ، والذي أصبح بين الحين والآخر. تجلى في نظرية النسبية. على مدار الخمسة عشر عامًا التالية ، كانت دراسة الفضاء لوجود الثقوب السوداء بطيئة ، ولم يشارك فيها سوى عدد قليل من أتباع نظرية الفيزيائي الألماني.

النجوم التي تلد الظلام

بعد تفكيك معادلات أينشتاين ، حان الوقت لاستخدام النتائج المستخلصة لفهم بنية الكون. على وجه الخصوص ، في نظرية تطور النجوم. ليس سراً أنه لا يوجد شيء في عالمنا يدوم إلى الأبد. حتى النجوم لها دورة حياتها الخاصة ، وإن كانت أطول من دورة حياة الإنسان.

كان عالم الفيزياء الفلكية الشاب سوبرامانيان شاندراسيخار ، من الهند ، من أوائل العلماء الذين أصبحوا مهتمين بجدية بالتطور النجمي. في عام 1930 ، نشر عملاً علميًا وصف البنية الداخلية المزعومة للنجوم ، بالإضافة إلى دورات حياتها.

في بداية القرن العشرين ، خمن العلماء ظاهرة مثل انكماش الجاذبية (انهيار الجاذبية). في مرحلة معينة من حياته ، يبدأ النجم في الانكماش بمعدل هائل تحت تأثير قوى الجاذبية. كقاعدة عامة ، يحدث هذا في لحظة موت النجم ، ومع ذلك ، مع انهيار الجاذبية ، هناك عدة طرق لمزيد من وجود كرة ملتهبة.

اقترح مشرف شاندراسيخار ، رالف فاولر ، وهو فيزيائي نظري محترم في عصره ، أنه أثناء انهيار الجاذبية ، يتحول أي نجم إلى نجم أصغر وأكثر سخونة - قزم أبيض. لكن اتضح أن الطالب "كسر" نظرية المعلم التي شاركها معظم الفيزيائيين في بداية القرن الماضي. وفقًا لعمل شاب هندوسي ، فإن موت النجم يعتمد على كتلته الأولية. على سبيل المثال ، يمكن فقط للنجوم التي لا تتجاوز كتلتها 1.44 مرة كتلة الشمس أن تصبح أقزامًا بيضاء. هذا الرقم يسمى حد Chandrasekhar. إذا تجاوزت كتلة النجم هذا الحد ، فإنها تموت بطريقة مختلفة تمامًا. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يولد مثل هذا النجم وقت الموت من جديد إلى نجم نيوتروني جديد - وهو لغز آخر للكون الحديث. من ناحية أخرى ، تخبرنا نظرية النسبية بخيار آخر - ضغط نجم إلى قيم بالغة الصغر ، وهنا يبدأ الأكثر إثارة للاهتمام.

في عام 1932 ، ظهر مقال في إحدى المجلات العلمية اقترح فيه الفيزيائي اللامع من الاتحاد السوفيتي ليف لانداو أنه أثناء الانهيار ، يتم ضغط نجم فائق الكتلة إلى نقطة ذات نصف قطر متناهي الصغر وكتلة لانهائية. على الرغم من حقيقة أن مثل هذا الحدث يصعب تخيله من وجهة نظر شخص غير مستعد ، لم يكن لانداو بعيدًا عن الحقيقة. اقترح الفيزيائي أيضًا أنه وفقًا لنظرية النسبية ، ستكون الجاذبية في مثل هذه النقطة كبيرة جدًا لدرجة أنها ستبدأ في تشويه الزمكان.

أحب علماء الفيزياء الفلكية نظرية لانداو ، واستمروا في تطويرها. في عام 1939 ، في أمريكا ، بفضل جهود اثنين من علماء الفيزياء - روبرت أوبنهايمر وهارتلاند شنايدر - ظهرت نظرية تصف بالتفصيل نجمًا فائق الكتلة في وقت الانهيار. نتيجة لمثل هذا الحدث ، كان يجب أن يظهر ثقب أسود حقيقي. على الرغم من إقناع الحجج ، استمر العلماء في إنكار إمكانية وجود مثل هذه الأجسام ، وكذلك إنكار النجوم فيها. حتى أينشتاين نأى بنفسه عن هذه الفكرة ، معتقدًا أن النجم غير قادر على مثل هذه التحولات الهائلة. لم يكن علماء الفيزياء الآخرون بخيلًا في تصريحاتهم ، ووصفوا احتمال وقوع مثل هذه الأحداث بأنه أمر سخيف.
ومع ذلك ، يصل العلم دائمًا إلى الحقيقة ، ما عليك سوى الانتظار قليلاً. وهذا ما حدث.

ألمع الأشياء في الكون

عالمنا عبارة عن مجموعة من المفارقات. في بعض الأحيان تتعايش الأشياء فيه ، ويتحدى تعايشها أي منطق. على سبيل المثال ، لن يتم ربط مصطلح "الثقب الأسود" عند الشخص العادي بتعبير "مشرق بشكل لا يصدق" ، لكن اكتشاف أوائل الستينيات من القرن الماضي سمح للعلماء باعتبار هذه العبارة غير صحيحة.

بمساعدة التلسكوبات ، تمكن علماء الفيزياء الفلكية من اكتشاف أجسام غير معروفة حتى الآن في السماء المرصعة بالنجوم ، والتي تصرفت بشكل غريب تمامًا على الرغم من أنها بدت مثل النجوم العادية. بدراسة هذه النجوم الغريبة ، لفت العالم الأمريكي مارتن شميدت الانتباه إلى طيفهم ، حيث أظهرت بياناته نتائج مختلفة عن مسح النجوم الأخرى. ببساطة ، لم تكن هذه النجوم مثل النجوم الأخرى التي اعتدنا عليها.

فجأة بزغ فجر على شميت ، ولفت الانتباه إلى تحول الطيف في النطاق الأحمر. اتضح أن هذه الأشياء بعيدة عنا كثيرًا عن النجوم التي اعتدنا على رؤيتها في السماء. على سبيل المثال ، كان الجسم الذي رصده شميدت يقع على بعد ملياري ونصف مليار سنة ضوئية من كوكبنا ، ولكنه يتألق مثل نجم على بعد مئات السنين الضوئية. اتضح أن الضوء من أحد هذه الأجسام يمكن مقارنته بسطوع مجرة ​​بأكملها. كان هذا الاكتشاف طفرة حقيقية في الفيزياء الفلكية. أطلق العالم على هذه الأشياء "شبه نجمي" أو ببساطة "كوازار".

واصل مارتن شميدت دراسة الأجسام الجديدة واكتشف أن مثل هذا التوهج اللامع يمكن أن يكون ناتجًا عن سبب واحد فقط - التراكم. التراكم هو عملية امتصاص المادة المحيطة بواسطة جسم فائق الكتلة بمساعدة الجاذبية. توصل العالم إلى استنتاج مفاده أن هناك ثقبًا أسود ضخمًا في مركز الكوازارات ، والذي بقوة لا تصدق يجذب إلى نفسه المادة المحيطة به في الفضاء. في عملية امتصاص المادة بواسطة الثقب ، تتسارع الجسيمات إلى سرعات هائلة وتبدأ في التوهج. تسمى القبة المضيئة الغريبة حول الثقب الأسود بقرص التراكم. تم توضيح تصورها بشكل جيد في فيلم كريستوفر نولان "بين النجوم" ، والذي أثار العديد من الأسئلة "كيف يمكن للثقب الأسود أن يتوهج؟".

حتى الآن ، وجد العلماء آلاف النجوم الزائفة في السماء المرصعة بالنجوم. تسمى هذه الأجسام الغريبة الساطعة بشكل لا يصدق منارات الكون. إنها تسمح لنا بتخيل بنية الكون بشكل أفضل قليلاً والاقتراب من اللحظة التي بدأ منها كل شيء.

على الرغم من حقيقة أن علماء الفيزياء الفلكية قد حصلوا على أدلة غير مباشرة على وجود أجسام غير مرئية فائقة الكتلة في الكون لسنوات عديدة ، فإن مصطلح "الثقب الأسود" لم يكن موجودًا حتى عام 1967. لتجنب الأسماء المعقدة ، اقترح الفيزيائي الأمريكي جون أرشيبالد ويلر تسمية مثل هذه الأجسام بـ "الثقوب السوداء". ولم لا؟ إلى حد ما هم من السود ، لأننا لا نستطيع رؤيتهم. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تجذب كل شيء ، ويمكنك الوقوع فيها ، تمامًا كما هو الحال في حفرة حقيقية. والخروج من هذا المكان وفقًا لقوانين الفيزياء الحديثة أمر مستحيل. ومع ذلك ، يدعي ستيفن هوكينج أنه عند السفر عبر ثقب أسود ، يمكنك الوصول إلى عالم آخر ، وعالم آخر ، وهذا هو الأمل.

الخوف من اللانهاية

بسبب الغموض المفرط وإضفاء الطابع الرومانسي على الثقوب السوداء ، أصبحت هذه الأشياء قصة رعب حقيقية بين الناس. تحب الصحافة الصفراء التكهن بأمية السكان ، حيث تقدم قصصًا مذهلة حول كيفية تحرك ثقب أسود ضخم نحو الأرض ، والذي سيبتلع النظام الشمسي في غضون ساعات ، أو ببساطة ينبعث منه موجات من الغازات السامة تجاه كوكبنا. كوكب.

يحظى موضوع تدمير الكوكب بشعبية خاصة بمساعدة مصادم الهادرون الكبير ، الذي تم بناؤه في أوروبا في عام 2006 على أراضي المجلس الأوروبي للأبحاث النووية (CERN). بدأت موجة الذعر على أنها مزحة غبية لشخص ما ، لكنها نمت مثل كرة الثلج. بدأ أحدهم إشاعة مفادها أن ثقبًا أسود يمكن أن يتشكل في معجل الجسيمات في المصادم ، والذي من شأنه أن يبتلع كوكبنا بالكامل. بالطبع ، بدأ الناس الساخطون يطالبون بفرض حظر على التجارب في LHC ، خائفين من مثل هذه النتيجة. بدأت الدعاوى القضائية في المحكمة الأوروبية تطالب بإغلاق المصادم ، وعوقب العلماء الذين أنشأوه بأقصى حد يسمح به القانون.

في الواقع ، لا ينكر الفيزيائيون أنه عندما تصطدم الجسيمات في مصادم الهادرونات الكبير ، يمكن أن تظهر أجسام مشابهة في خصائص الثقوب السوداء ، لكن حجمها يكون على مستوى أحجام الجسيمات الأولية ، ومثل هذه "الثقوب" موجودة لمثل هذا الوقت القصير أننا لا نستطيع حتى تسجيل حدوثها.

أحد الخبراء الرئيسيين الذين يحاولون تبديد موجة الجهل أمام الناس هو ستيفن هوكينج - الفيزيائي النظري الشهير ، والذي يُعتبر ، علاوة على ذلك ، "معلمًا" حقيقيًا فيما يتعلق بالثقوب السوداء. أثبت هوكينج أن الثقوب السوداء لا تمتص دائمًا الضوء الذي يظهر في أقراص التراكم ، وبعضه منتشر في الفضاء. سميت هذه الظاهرة بإشعاع هوكينغ ، أو تبخر الثقب الأسود. أسس هوكينغ أيضًا علاقة بين حجم الثقب الأسود ومعدل "تبخره" - فكلما كان أصغر ، قل وجوده بمرور الوقت. وهذا يعني أن كل معارضي مصادم الهادرونات الكبير يجب ألا يقلقوا: الثقوب السوداء الموجودة فيه لن تكون قادرة على الوجود حتى لمدة جزء من المليون من الثانية.

النظرية لم تثبت في الممارسة

لسوء الحظ ، لا تسمح لنا تقنيات البشرية في هذه المرحلة من التطور باختبار معظم النظريات التي طورها علماء الفيزياء الفلكية وغيرهم من العلماء. من ناحية أخرى ، تم إثبات وجود الثقوب السوداء بشكل مقنع تمامًا على الورق واستنتاجه باستخدام الصيغ التي يتقارب فيها كل شيء مع كل متغير. من ناحية أخرى ، من الناحية العملية ، لم نتمكن بعد من رؤية ثقب أسود حقيقي بأعيننا.

على الرغم من كل الخلافات ، يقترح علماء الفيزياء أنه يوجد في وسط كل مجرة ​​ثقب أسود هائل ، والذي يجمع النجوم في مجموعات مع جاذبيتها ويجعلك تسافر حول الكون في شركة كبيرة وودية. في مجرتنا درب التبانة ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، هناك ما بين 200 إلى 400 مليار نجم. كل هذه النجوم تدور حول شيء له كتلة ضخمة ، حول شيء لا يمكننا رؤيته بالتلسكوب. إنه على الأرجح ثقب أسود. هل تخاف؟ - لا ، على الأقل ليس في المليارات القليلة القادمة ، لكن يمكننا عمل فيلم آخر مثير للاهتمام عنها.

الثقوب السوداء - ربما أكثر الأشياء الفلكية غموضًا وغموضًا في عالمنا ، جذبت انتباه النقاد وأثارت خيال كتاب الخيال العلمي منذ اكتشافهم. ما هي الثقوب السوداء وكيف تبدو؟ الثقوب السوداء هي النجوم المنطفئة ، بسبب خصائصها الفيزيائية ، والتي تتمتع بكثافة عالية مثل هذه الجاذبية القوية التي لا يمكن حتى للضوء الهروب منها.

تاريخ اكتشاف الثقوب السوداء

لأول مرة ، اقترح شخص ما د. ميشيل (قس إنجليزي من يوركشاير ، مولع بعلم الفلك في أوقات فراغه) الوجود النظري للثقوب السوداء ، قبل وقت طويل من اكتشافها الفعلي ، في عام 1783. وفقًا لحساباته ، إذا أخذنا حساباتنا وضغطناها (وفقًا لمصطلحات الكمبيوتر الحديثة ، أرشفتها) إلى دائرة نصف قطرها 3 كيلومترات ، تتشكل قوة جاذبية كبيرة (فقط ضخمة) بحيث لا يمكن للضوء أن يتركها. هذه هي الطريقة التي ظهر بها مفهوم "الثقب الأسود" ، على الرغم من أنه في الحقيقة ليس أسودًا على الإطلاق ، في رأينا ، فإن مصطلح "الثقب المظلم" سيكون أكثر ملاءمة ، لأنه بالضبط هو غياب الضوء الذي يحدث.

في وقت لاحق ، في عام 1918 ، كتب العالم العظيم ألبرت أينشتاين عن مسألة الثقوب السوداء في سياق نظرية النسبية. ولكن فقط في عام 1967 ، من خلال جهود عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جون ويلر ، فاز مفهوم الثقوب السوداء أخيرًا بمكانة في الدوائر الأكاديمية.

مهما كان الأمر ، افترض كل من د. ميشيل وألبرت أينشتاين وجون ويلر في أعمالهم الوجود النظري لهذه الأجرام السماوية الغامضة في الفضاء الخارجي ، ومع ذلك ، فقد حدث الاكتشاف الحقيقي للثقوب السوداء في عام 1971 ، ثم لوحظوا لأول مرة في تلسكوب الفضاء.

هذا ما يبدو عليه الثقب الأسود.

كيف تتشكل الثقوب السوداء في الفضاء؟

كما نعلم من الفيزياء الفلكية ، كل النجوم (بما في ذلك شمسنا) لديها كمية محدودة من الوقود. وعلى الرغم من أن عمر النجم يمكن أن يدوم بلايين السنين الضوئية ، فإن هذا الإمداد الشرطي من الوقود ينتهي عاجلاً أم آجلاً ، و "يختفي" النجم. تصاحب عملية "الانقراض" تفاعلات مكثفة ، يمر خلالها النجم بتحول كبير ، واعتمادًا على حجمه ، يمكن أن يتحول إلى قزم أبيض ، أو نجم نيوتروني ، أو ثقب أسود. علاوة على ذلك ، فإن النجوم الأكبر ، التي لها أبعاد مذهلة بشكل لا يصدق ، تتحول عادة إلى ثقب أسود - بسبب ضغط هذه الأحجام المذهلة ، تتضاعف الكتلة وقوة الجاذبية للثقب الأسود المتشكل حديثًا ، والتي تتحول إلى نوع من الفراغ المجري منظف ​​- يمتص كل شيء وكل ما يحيط به.

الثقب الأسود يبتلع نجمًا.

ملاحظة صغيرة - شمسنا ، وفقًا للمعايير المجرية ، ليست نجمًا كبيرًا على الإطلاق ، وبعد أن يتلاشى ، والذي سيحدث في غضون بضعة مليارات من السنين ، على الأرجح لن يتحول إلى ثقب أسود.

لكن لنكن صادقين معك - اليوم ، لا يعرف العلماء بعد كل تعقيدات تكوين الثقب الأسود ، مما لا شك فيه ، هذه عملية فيزيائية فلكية معقدة للغاية ، والتي يمكن أن تستمر في حد ذاتها لملايين السنين الضوئية. على الرغم من أنه من الممكن التقدم في هذا الاتجاه ، إلا أن الاكتشاف والدراسة اللاحقة لما يسمى بالثقوب السوداء الوسيطة ، أي النجوم التي هي في حالة انقراض ، حيث تجري العملية النشطة لتشكيل ثقب أسود. . بالمناسبة ، اكتشف علماء الفلك نجمًا مشابهًا في عام 2014 في ذراع مجرة ​​حلزونية.

كم عدد الثقوب السوداء الموجودة في الكون

وفقًا لنظريات العلماء المعاصرين ، قد يكون هناك ما يصل إلى مئات الملايين من الثقوب السوداء في مجرتنا درب التبانة. قد لا يكون هناك أقل من ذلك في المجرة المجاورة لنا ، والتي لا يوجد شيء يطير إليها من مجرتنا درب التبانة - 2.5 مليون سنة ضوئية.

نظرية الثقوب السوداء

على الرغم من الكتلة الهائلة (التي تزيد مئات الآلاف من المرات عن كتلة شمسنا) وقوة الجاذبية المذهلة ، لم يكن من السهل رؤية الثقوب السوداء من خلال التلسكوب ، لأنها لا تصدر ضوءًا على الإطلاق. تمكن العلماء من ملاحظة وجود ثقب أسود فقط في لحظة "وجبته" - امتصاص نجم آخر ، في هذه اللحظة يظهر إشعاع مميز يمكن ملاحظته بالفعل. وهكذا ، وجدت نظرية الثقب الأسود تأكيدًا فعليًا.

خصائص الثقوب السوداء

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي حقول الجاذبية المذهلة ، والتي لا تسمح للمكان والوقت المحيطين بالبقاء في حالتهما المعتادة. نعم ، لقد سمعت جيدًا ، يتدفق الوقت داخل الثقب الأسود أبطأ عدة مرات من المعتاد ، وإذا كنت هناك ، فعندئذٍ ستعود (إذا كنت محظوظًا جدًا بالطبع) ستفاجأ بملاحظة أن قرونًا قد مرت على الأرض ، ولن تكبر حتى يكون لديك وقت. على الرغم من أنه لنكن صادقين ، إذا كنت داخل ثقب أسود ، فلن تتمكن من النجاة ، نظرًا لأن قوة الجاذبية هناك تجعل أي جسم مادي يتمزق ببساطة ، ولا حتى إلى أجزاء ، إلى ذرات.

لكن إذا كنت قريبًا من ثقب أسود ، ضمن حدود مجال جاذبيته ، فستواجه أيضًا وقتًا عصيبًا ، لأنه كلما قاومت جاذبيته ، محاولًا الطيران بعيدًا ، زادت سرعة سقوطك فيه. سبب هذا التناقض الظاهري هو حقل دوامة الجاذبية ، الذي تمتلكه جميع الثقوب السوداء.

ماذا لو سقط شخص في ثقب أسود

تبخر الثقوب السوداء

اكتشف عالم الفلك الإنجليزي إس هوكينج حقيقة مثيرة للاهتمام: الثقوب السوداء أيضًا ، كما تبين ، تنبعث منها تبخر. صحيح ، هذا ينطبق فقط على الثقوب ذات الكتلة الصغيرة نسبيًا. تخلق الجاذبية القوية من حولهم أزواجًا من الجسيمات والجسيمات المضادة ، يتم سحب أحد الزوجين للداخل بواسطة الفتحة ، ويتم إخراج الثاني للخارج. وهكذا ، يشع الثقب الأسود جسيمات صلبة مضادة وأشعة جاما. هذا التبخر أو الإشعاع من ثقب أسود سمي على اسم العالم الذي اكتشفه - "إشعاع هوكينغ".

أكبر ثقب أسود

وفقًا لنظرية الثقوب السوداء ، يوجد في مركز جميع المجرات تقريبًا ثقوب سوداء ضخمة كتلتها تتراوح بين عدة ملايين إلى عدة مليارات من الكتلة الشمسية. اكتشف العلماء مؤخرًا أكبر ثقبين أسودين معروفين حتى الآن ، وهما في مجرتين قريبتين: NGC 3842 و NGC 4849.

NGC 3842 هي ألمع مجرة ​​في كوكبة الأسد ، تقع على بعد 320 مليون سنة ضوئية منا. يوجد في وسطه ثقب أسود ضخم كتلته 9.7 مليار كتلة شمسية.

NGC 4849 هي مجرة ​​في كتلة كوما ، تبعد 335 مليون سنة ضوئية ، وتتميز بثقب أسود مثير للإعجاب بنفس القدر.

مناطق عمل مجال الجاذبية لهذه الثقوب السوداء العملاقة ، أو من الناحية الأكاديمية ، أفق الحدث الخاص بهم ، هو حوالي 5 أضعاف المسافة من الشمس إلى! مثل هذا الثقب الأسود من شأنه أن يأكل نظامنا الشمسي ولن يختنق.

أصغر ثقب أسود

لكن هناك ممثلين صغار جدًا في عائلة الثقوب السوداء الواسعة. لذا فإن أكثر الثقب الأسود قزمًا الذي اكتشفه العلماء حاليًا في كتلته لا يتجاوز 3 أضعاف كتلة شمسنا. في الواقع ، هذا هو الحد الأدنى النظري الضروري لتشكيل ثقب أسود ، إذا كان هذا النجم أصغر قليلاً ، لما تشكل الثقب.

الثقوب السوداء هي أكلة لحوم البشر

نعم ، توجد مثل هذه الظاهرة ، كما كتبنا أعلاه ، الثقوب السوداء هي نوع من "المكانس الكهربائية المجرية" التي تمتص كل شيء حولها ، بما في ذلك ... الثقوب السوداء الأخرى. اكتشف علماء الفلك مؤخرًا أن ثقبًا أسودًا من إحدى المجرات يتم أكله بواسطة شره سوداء كبيرة أخرى من مجرة ​​أخرى.

• وفقًا لفرضيات بعض العلماء ، فإن الثقوب السوداء ليست فقط مكانس فراغ مجرية تمتص كل شيء في نفسها ، ولكن في ظل ظروف معينة يمكنهم أن يولدوا أكوانًا جديدة.
• يمكن أن تتبخر الثقوب السوداء بمرور الوقت. كتبنا أعلاه أنه اكتشف من قبل العالم الإنجليزي ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء لها خاصية الإشعاع ، وبعد فترة طويلة جدًا من الزمن ، عندما لا يوجد شيء لامتصاصه ، سيبدأ الثقب الأسود في التبخر أكثر ، حتى النهاية تتخلى عن كل كتلتها في الفضاء المحيط. على الرغم من أن هذا مجرد افتراض ، فرضية.
• الثقوب السوداء تبطئ الوقت وتنحني الفضاء. لقد كتبنا بالفعل عن تمدد الوقت ، لكن الفضاء في ظروف الثقب الأسود سيكون منحنيًا تمامًا.
• تحد الثقوب السوداء من عدد النجوم في الكون. على وجه التحديد ، تمنع حقول الجاذبية الخاصة بهم تبريد سحب الغاز في الفضاء ، والتي ، كما تعلمون ، تولد نجومًا جديدة.

الثقوب السوداء على قناة ديسكفري ، فيديو

وفي الختام نقدم لكم فيلمًا وثائقيًا علميًا مثيرًا للاهتمام حول الثقوب السوداء من قناة ديسكفري.