ما هي الثقوب السوداء؟

غلاف دائري من الضوء الأصفر إلى الأحمر يحيط بالكرة السوداء.

أول صورة مباشرة لثقب أسود على الإطلاق ، نشرها العلماء في أبريل 2019. تُظهر الصورة حلقة ساطعة تشكلت مع انحناء الضوء في الجاذبية الشديدة حول هذا الثقب الأسود ، والتي تبلغ كتلتها 6.5 مليار مرة كتلة شمسنا. يقع هذا الثقب الأسود في مركز المجرة M87 ، على بعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض. صورة عبرتعاون تلسكوب أفق الحدث.

الثقب الأسود هو مساحة من الفضاء ذات مجال جاذبية قوي جدًا بحيث لا يستطيع أي شيء الهروب منه ، ولا حتى الضوء. لهذا السبب تبدو الثقوب السوداء سوداء. في بعض الحالات ، تكون الثقوب السوداء عبارة عن نجوم ضخمة سابقة تم سحقها بكثافة قصوى أثناء انفجارات المستعر الأعظم. في حالات أخرى ، تحتوي الثقوب السوداء على كتلة ملايين أو مليارات النجوم.

كثيرًا ما يتساءل الناس ، إذا كانت الثقوب السوداء سوداء - إذا لم يستطع الضوء الهروب منها - فكيف يمكننا رؤيتها؟ الجواب هو أننا نرى تأثيرات الثقوب السوداء على الفضاء من حولها.

في نظريته العامة للنسبية ، المنشورة عام 1915 ،البرت اينشتاينكان أول من اقترح أن كوننا يحتوي على مثل هذه الأجسام الغريبة ، الكثيفة ، الضخمة. تظهر الثقوب السوداء من معادلات أينشتاين للنسبية العامة ، كنتيجة طبيعية لموت وانهيار النجوم الضخمة. كان أول شخص قام بصياغة الثقوب السوداء رياضيًا هو عالم الرياضيات الألمانيكارل شوارزشيلدفي عام 1916. فيزيائي نظريجون ويلرأول من صاغ الاسمثقب أسودبعد عدة سنوات ، في عام 1967.

حتى سبعينيات القرن الماضي ، كانت الثقوب السوداء تُعتبر عمومًا فضولًا رياضيًا فقط. ولكن ، مع تحسن تقنيات المراقبة ، بدأوا في أخذها على محمل الجد كأشياء حقيقية. أول ثقب أسود مادي تم اكتشافه على الإطلاق -Cygnux X-1- تم تأكيده عام 1971.

التقويمات القمرية لـ ForVM 2020 متاحة! على وشك الانتهاء. اطلب الان!

مادة نجمية زرقاء كبيرة تتجه نحو قرص تراكم برتقالي يحيط بثقب أسود.

مفهوم الفنان لنموذج نموذجي للغاية لثقب أسود ذو كتلة نجمية في نظام نجمي ثنائي. يتم امتصاص المادة جاذبيًا من نجم أزرق عملاق متغير - في هذه الحالة النجم HDE 226868 - إلى الثقب الأسود الشهير المعروف باسم Cygnus X-1. التفاعل بين النجم والثقب الأسود في نظام ثنائي هو ما يجعل الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية مرئية. صورة عبر ESA /ويكيميديا ​​كومنز.



الثقوب السوداء من نوعين رئيسيين. الأول هو ما يسمى بالكتلة النجميةثقب أسود. هذه هي بقايا نجوم ضخمة. عندما ، في نهاية حياته ، ينفجر نجم تزيد كتلته عن خمسة أضعاف كتلة شمسنا على شكل aسوبرنوفا، ينضغط قلبه فجأة وبعنف تحت تأثير الجاذبية. اعتمادًا على كتلة النجم ، قد يتوقف الانهيار ويشكل aالنجم النيوتروني، ولكن إذا كانت كتلته كافية ، فسوف يستمر انهيار اللب - نظريًا - مكونًا ثقبًا أسود. وتتراوح كتلة الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية من حوالي خمسة أضعاف كتلة شمسنا على الأقل إلى حوالي 60 ضعف كتلة الشمس. يتراوح قطرها عادة بين 10 و 30 ميلا.

النوع الثاني من الثقب الأسود هوهائلثقب أسود. يمكن أن يكون لهذه كتل مليارات المرات من شمسنا. أحد الأمثلة في مركزالكوازارمعروف كطن 618؛ الثقب الأسود المركزي تقدر كتلته بـ 66 مليار كتلة شمسية. نظرًا لأن لديهم كتلة كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تشكيلها من موت النجوم الفردية ، يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة تشكلت في التاريخ المبكر للكون من سحب ضخمة منهارة من الهيدروجين بين النجوم ، على الرغم من أن أصلها الدقيق غير واضح وهي منطقة. الكثير من البحث النشط. من الممكن أيضًا أن يكونوا قد تراكموا على مدى دهور من الكتلة الزائدة من عمليات الاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى.

يمكن أن يكون للثقوب السوداء الهائلة أقطار أكبر من أقطار نظامنا الشمسي. تحتوي معظم المجرات على ثقب أسود هائل في مراكزها: ذلك الثقب الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة ،القوس أ *، تبلغ كتلته حوالي 4 ملايين مرة كتلة شمسنا ويبلغ قطره حوالي 37 مليون ميل.

دوامة متوهجة مسطحة حولها دونات برتقالية وطائرة بيضاء طويلة تمتد من مركزها.

تصور فكرة الفنان محيط ثقب أسود فائق الكتلة ، نموذجي لتلك الموجودة في قلب العديد من المجرات. الثقب الأسود نفسه محاط بقرص تراكم لامع من مادة شديدة السخونة ، وحلقة مغبرة. غالبًا ما تكون هناك أيضًا نفاثات عالية السرعة من المواد المقذوفة عند أقطاب الثقب الأسود والتي يمكن أن تمتد لمسافات شاسعة في الفضاء. صورة عبر ESO /ويكيميديا ​​كومنز.

ماذا يوجد داخل الثقب الأسود؟ بحكم التعريف ، لا يمكننا ملاحظة ما بداخله ، لأنه لا يوجد ضوء - لا توجد معلومات من أي نوع - يمكنه الهروب من الثقب الأسود. لكن نظريات الفيزياء الفلكية تشير إلى أنه في قلب الثقب الأسود ، تتركز كل كتلة الثقب الأسود في نقطة صغيرة ذات كثافة غير محدودة. تُعرف هذه النقطة باسم أالتفرد.

هذه النقطة - هذه التفرد - هي التي تولد مجال الجاذبية القوي بشكل لا يصدق للثقب الأسود. ضع في اعتبارك ، مع ذلك ، أن التفرد قد لا يكون موجودًا. ذلك لأن جميع الفيزياء المعروفة تتكسر في ظل الظروف القاسية في مركز الثقب الأسود ، حيثالتأثيرات الكميةتلعب بلا شك دورًا كبيرًا. لأننا لا نملك بعد ملفنظرية الكم للجاذبية، من المستحيل وصف ما هو موجود بالفعل في قلب الثقب الأسود.

في غضون ذلك ، هناك شيء نحن متأكدون أنه موجود: حدود الثقب الأسود ، والمعروفة باسمهأفق الحدث. إنها ليست ميزة جسدية. إنها مجرد نقطة في الفضاء يستحيل بعدها الهروب من جاذبية الثقب الأسود. بمجرد مرور أي شيء يسقط في الثقب الأسود عبر أفق الحدث ، لا يمكن أبدًا مغادرة الثقب الأسود مرة أخرى ، ويتم رسمه بشكل حتمي وحتمي نحو مركز الثقب الأسود. داخل أفق الحدث ، يتمزق أي جسم صلب بفعل الجاذبية الشديدة ويختزل إلى الجسيمات دون الذرية المكونة له. في أفق الحدث ، فإنسرعة الهروبمن الثقب الأسود تصل إلى سرعة الضوء.

نظرًا لأن الثقوب السوداء لا تصدر أي ضوء أو أي إشعاع آخر يمكن اكتشافه ، فلا يمكن ملاحظتها إلا من خلال تأثيرات الجاذبية على الأجسام الموجودة في الفضاء القريب منها. إذا كانت هناك نجوم أو غاز بالقرب من الثقب الأسود ، فقد 'يتغذى' عليها بنشاط ؛ وهذا يعني أن المواد من هذه الأشياء القريبة قد يتم سحبها إلى الحفرة. في هذه الحالة ، سيكون للثقب الأسود امتدادقرص التراكم، حيث تدور المواد إلى الداخل قبل أن يتم استهلاكها ، مثل الماء في البالوعة. قد يدور قرص التراكم بنسب كبيرة من سرعة الضوء: الاحتكاك بين الجسيمات المتصادمة في القرص يرفع درجة حرارته إلى مليون درجة ، مما يشع كميات هائلة من الأشعة السينية التي يمكن الكشف عنها بواسطة تلسكوبات خاصة.

في أبريل 2019 ، تم إصدارتلسكوب أفق الحدثكشف المشروع عن أول صورة مباشرة لثقب أسود ، الثقب الأسود الهائل في مركز المجرة الإهليلجية العملاقة M87. تم التقاط الصورة باستخدام مجموعة عالمية من التلسكوبات الراديوية. بالإضافة إلى إثبات وجود الثقوب السوداء بما لا يدع مجالاً للشك ، فإن هذا الإنجاز المذهل يمثل ولادة فرع جديد من علم الفلك الرصدي ، وقد سمح باختبار نماذج النسبية العامة لسلوك الثقب الأسود بشكل مباشر. يتوافق الثقب الأسود M87 تمامًا مع هذه النماذج.

كتلة ضوئية صفراء تنبعث منها نفاثة طويلة مزرقة.

صورة تلسكوب هابل الفضائي لطائرة تعمل بالثقب الأسود من مركز المجرة M87. تتدفق هذه النفاثة من نفس الثقب الأسود الذي توجد صورته المباشرة في الجزء العلوي من هذا المنشور. تتكون الطائرة النفاثة من إلكترونات وجسيمات أخرى دون ذرية تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء. في هذه الصورة ، يتناقض التدفق الأزرق مع التوهج الأصفر من الضوء المشترك لمليارات النجوم غير المرئية والعناقيد الصفراء التي تشبه النقطة من النجوم التي تشكل هذه المجرة. الصورة عبر Hubble Heritage Team (STScI / AURA) / NASA / ESA /SpaceTelescope.org.

خلاصة القول: الثقب الأسود هو مساحة من الفضاء ذات مجال جاذبية قوي جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء ، ولا حتى الضوء ، الهروب منه. اعثر على المعلومات الأساسية حول الثقوب السوداء هنا.