أسئلة حول الثقوب السوداء
الثقب الأسود هو جسم كثيف للغاية في الفضاء لا يستطيع أي ضوء الهروب منه. في حين أن الثقوب السوداء غامضة وغريبة ، فهي أيضًا نتيجة رئيسية لكيفية عمل الجاذبية: عندما يتم ضغط الكثير من الكتلة في مساحة صغيرة بما يكفي ، فإن الجسم الناتج يمزق نسيج المكان والزمان ، ليصبح ما يسمى التفرد . جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنه سيكون قادرًا على سحب المواد القريبة و “أكلها”.
غريب الاطوار الثقب الأسود الكرتون
دليل ناسا لسلامة الثقب الأسود
هل تريد زيارة ثقب أسود؟ لا نوصي به. اكتشف لماذا تتم دراسة أسرار الجاذبية هذه بشكل أفضل من بعيد. > أكثر
إليك 10 أشياء قد ترغب في معرفتها عن الثقوب السوداء:
جلازي
يظهر مجرة NGC 1068 بالضوء المرئي والأشعة السينية في هذه الصورة المركبة. الأشعة السينية عالية الطاقة (أرجوانية) التي تم التقاطها بواسطة مصفوفة التلسكوب الطيفي النووي التابع لناسا ، أو نوستار ، يتم تراكبها على صور الضوء المرئي من تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ومسح سلون الرقمي للسماء. يأتي ضوء الأشعة السينية من ثقب أسود فائق الكتلة ، يُعرف أيضًا باسم الكوازار ، في وسط المجرة. تمت دراسة هذا الثقب الأسود الهائل على نطاق واسع نظرًا لقربه نسبيًا من مجرتنا. حقوق الصورة: NASA / JPL-Caltech / Roma Tre Univ.
- كيف يمكننا التعرف على الثقوب السوداء إذا كانت تحبس الضوء ، ولا يمكن رؤيتها في الواقع؟
لا يمكن لأي ضوء من أي نوع ، بما في ذلك الأشعة السينية ، الهروب من داخل أفق الحدث للثقب الأسود ، وهي المنطقة التي لا عودة بعدها. تبحث تلسكوبات ناسا التي تدرس الثقوب السوداء في البيئات المحيطة بالثقوب السوداء ، حيث توجد مواد قريبة جدًا من أفق الحدث. يتم تسخين المادة إلى ملايين الدرجات حيث يتم سحبها نحو الثقب الأسود ، بحيث تتوهج في الأشعة السينية. تعمل الجاذبية الهائلة للثقوب السوداء أيضًا على تشويه الفضاء نفسه ، لذلك من الممكن رؤية تأثير سحب الجاذبية غير المرئي على النجوم والأشياء الأخرى.
النفاثات المنبعثة من قرص النجوم
في عام 2015 ، اكتشف الباحثون ثقبًا أسودًا يُدعى CID-947 نما بسرعة أكبر بكثير من مجرته المضيفة. تبلغ كتلة الثقب الأسود في مركز المجرة ما يقرب من 7 مليارات ضعف كتلة شمسنا ، مما يجعلها من بين أضخم الثقوب السوداء المكتشفة. ومع ذلك ، تعتبر كتلة المجرة طبيعية. نظرًا لأنه كان على ضوءه أن يقطع مسافة طويلة جدًا ، كان العلماء يراقبونه في فترة كان عمر الكون فيها أقل من 2 مليار سنة ، أي 14٪ فقط من عمره الحالي (مرت 14 مليار سنة تقريبًا منذ الانفجار العظيم).
- كم من الوقت يستغرق تكوين ثقب أسود؟
من المحتمل أن يتشكل ثقب أسود ذو كتلة نجمية ، كتلته عشرات أضعاف كتلة الشمس ، في ثوانٍ ، بعد انهيار نجم ضخم. يمكن أيضًا إنشاء هذه الثقوب السوداء الصغيرة نسبيًا من خلال اندماج بقايا نجمية كثيفة تسمى النجوم النيوترونية. يمكن للنجم النيوتروني أيضًا أن يندمج مع ثقب أسود لتكوين ثقب أسود أكبر ، أو يمكن أن يصطدم ثقبان أسودان. مثل هذه الاندماجات تصنع ثقوبًا سوداء بسرعة ، وتنتج تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية.
والأكثر غموضًا هو الثقوب السوداء العملاقة الموجودة في مراكز المجرات – الثقوب السوداء “الهائلة” ، التي يمكن أن تزن ملايين أو مليارات أضعاف كتلة الشمس. يمكن أن يستغرق المرء أقل من مليار سنة للوصول إلى حجم كبير جدًا ، لكن من غير المعروف كم من الوقت يستغرق تشكيلها بشكل عام.
حلقة على شكل دونات من المواد
حصل العلماء على أول صورة لثقب أسود ، تظهر هنا ، باستخدام ملاحظات Event Horizon Telescope لمركز المجرة M87. تُظهر الصورة حلقة ساطعة تشكلت عندما ينحني الضوء بسبب الجاذبية الشديدة حول ثقب أسود أكبر بمقدار 6.5 مليار مرة من شمسنا.
- كيف يحسب العلماء كتلة الثقب الأسود الهائل؟
يتضمن البحث النظر في حركات النجوم في مراكز المجرات. تشير هذه الحركات إلى جسم ضخم مظلم يمكن حساب كتلته من سرعات النجوم. تضيف المادة التي تسقط في الثقب الأسود إلى كتلة الثقب الأسود. جاذبيته لا تختفي من الكون.
يوضح هذا الرسم المتحرك النشاط المحيط بالثقب الأسود. في حين أن المادة التي تجاوزت أفق الحدث للثقب الأسود لا يمكن رؤيتها ، فإن المواد التي تدور خارج هذه العتبة تتسارع إلى ملايين الدرجات وتشع في الأشعة السينية. رصيد الصورة: CXC / A.Hobart
- هل يمكن لثقب أسود أن “يأكل” مجرة بأكملها؟
لا ، ليس هناك من طريقة يمكن أن يأكل فيها الثقب الأسود مجرة بأكملها. إن مدى جاذبية الثقوب السوداء الهائلة الموجودة في وسط المجرات كبير ، لكنه ليس كبيرًا بما يكفي لأكل المجرة بأكملها.
يُظهر هذا الرسم التوضيحي تيارًا متوهجًا من المواد من نجم تمزق أثناء التهامه بواسطة ثقب أسود هائل. الثقب الأسود محاط بحلقة من الغبار. متى
يمر نجم قريبًا بما يكفي ليبتلعه ثقب أسود ، يتم شد المادة النجمية وضغطها أثناء سحبها ، مما يطلق كمية هائلة من الطاقة. رصيد الصورة: NASA / JPL-Caltech
- ماذا سيحدث إذا وقعت في ثقب أسود؟
بالتأكيد لن يكون ذلك جيدًا! لكن ما نعرفه عن الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء يأتي من نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين.
بالنسبة للثقوب السوداء ، لن يرى المراقبون البعيدون سوى مناطق خارج أفق الحدث ، لكن المراقبين الفرديين الذين يسقطون في الثقب الأسود سيختبرون “حقيقة” أخرى تمامًا. إذا وصلت إلى أفق الحدث ، فإن إدراكك للمكان والزمان سيتغير تمامًا. في الوقت نفسه ، ستضغطك الجاذبية الهائلة للثقب الأسود أفقيًا وتمددك عموديًا مثل المعكرونة ، ولهذا يطلق العلماء على هذه الظاهرة (بدون مزحة) “سباغيتيتيشن”.
لحسن الحظ ، لم يحدث هذا أبدًا لأي شخص – الثقوب السوداء بعيدة جدًا عن سحب أي مادة من نظامنا الشمسي. لكن العلماء لاحظوا أن الثقوب السوداء تمزق النجوم ، وهي عملية تطلق كمية هائلة من الطاقة.
اكتشف مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا سرعات رياح قياسية قادمة من قرص حول ثقب أسود. يُظهر انطباع هذا الفنان كيف أن الجاذبية القوية للثقب الأسود ، على اليسار ، تسحب الغاز بعيدًا عن النجم المرافق على اليمين. يشكل هذا الغاز قرصًا من الغاز الساخن حول الثقب الأسود ، وتنطلق الرياح من هذا القرص بسرعة 20 مليون ميل في الساعة ، أو حوالي 3٪ من سرعة الضوء.
- ماذا لو تحولت الشمس إلى ثقب أسود؟
لن تتحول الشمس أبدًا إلى ثقب أسود لأنها ليست ضخمة بما يكفي لتنفجر. بدلاً من ذلك ، ستصبح الشمس بقايا نجمية كثيفة تسمى القزم الأبيض.
ولكن إذا أصبحت الشمس ، من الناحية النظرية ، فجأًة ثقبًا أسود بنفس الكتلة التي تمتلكها اليوم ، فلن يؤثر ذلك على مدارات الكواكب ، لأن تأثيرها الثقالي على النظام الشمسي سيكون هو نفسه. لذلك ، ستستمر الأرض في الدوران حول الشمس دون أن يتم سحبها – على الرغم من أن نقص ضوء الشمس سيكون كارثيًا على الحياة على الأرض.
المنطقة الوسطى من مجرتنا ، درب التبانة ، تحتوي على مجموعة غريبة من الأجسام ، بما في ذلك ثقب أسود فائق الكتلة ، يسمى القوس A * ، تزن حوالي 4 ملايين ضعف كتلة الشمس ، وسحب من الغاز عند درجات حرارة تصل إلى ملايين الدرجات ، النجوم النيوترونية والنجوم القزمة البيضاء تمزق المواد من النجوم المصاحبة والمحلاق الجميلة للانبعاثات الراديوية. تظهر المنطقة المحيطة ب Sagittarius A * في هذه الصورة المركبة مع بيانات Chandra (باللونين الأخضر والأزرق) جنبًا إلى جنب مع بيانات الراديو (باللون الأحمر) من تلسكوب MeerKAT في جنوب إفريقيا ، والتي ستصبح في النهاية جزءًا من مصفوفة الكيلومتر المربع (SKA).
- هل كان للثقوب السوداء أي تأثير على كوكبنا؟
تترك الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية ورائها عندما ينفجر نجم ضخم. توزع هذه الانفجارات عناصر مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين الضرورية للحياة في الفضاء. عمليات الاندماج بين نجمين نيوترونيين ، أو ثقبين أسودين ، أو نجم نيوتروني وثقب أسود ، تنشر بالمثل عناصر ثقيلة حول قد تصبح يومًا ما جزءًا من كواكب جديدة. قد تؤدي موجات الصدمة الناتجة عن الانفجارات النجمية أيضًا إلى تكوين نجوم جديدة وأنظمة شمسية جديدة. لذا ، بمعنى ما ، نحن مدينون بوجودنا على الأرض للانفجارات وأحداث الاصطدام التي حدثت منذ زمن طويل والتي شكلت ثقوبًا سوداء.
على نطاق أوسع ، يبدو أن معظم المجرات تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكزها. لا تزال العلاقة بين تكوين هذه الثقوب السوداء الهائلة وتكوين المجرات غير مفهومة. من الممكن أن يكون للثقب الأسود دور في تكوين مجرتنا درب التبانة. لكن مشكلة الدجاجة والبيضة هذه – أي المجرة أم الثقب الأسود؟ – هي واحدة من أعظم الألغاز في عالمنا.
يُظهر مفهوم هذا الفنان أكبر ثقب أسود فائق الكتلة تم اكتشافه على الإطلاق. إنه جزء من كوازار يعود إلى 690 مليون سنة فقط بعد الانفجار العظيم.
- ما هو أبعد ثقب أسود شوهد على الإطلاق؟
يقع أبعد ثقب أسود تم اكتشافه على الإطلاق في مجرة على بعد حوالي 13.1 مليار سنة ضوئية من الأرض. (يُقدر عمر الكون حاليًا بحوالي 13.8 مليار سنة ، وهذا يعني أن هذا الثقب الأسود كان موجودًا بعد حوالي 690 مليون سنة من الانفجار العظيم).
هذا الثقب الأسود الهائل هو ما يسميه علماء الفلك “الكوازار” ، حيث تتدفق كميات كبيرة من الغاز في الثقب الأسود بسرعة كبيرة بحيث يكون ناتج الطاقة أكبر ألف مرة من المجرة نفسها. إن سطوعه الشديد هو كيف يمكن لعلماء الفلك اكتشافه على مثل هذه المسافات البعيدة.
تحتوي المنطقة الوسطى من هذه الصورة على أعلى تركيز للثقوب السوداء الهائلة على الإطلاق وحوالي مليار من الثقوب السوداء في السماء بأكملها.
شاندرا ديب فيلد-ساوث. من خلال نظرة غير مسبوقة للكون المبكر بالأشعة السينية ، تقدم لعلماء الفلك نظرة على نمو الثقوب السوداء على مدى مليارات السنين بدءًا من وقت قصير بعد الانفجار العظيم. في هذه الصورة ، تظهر الأشعة السينية المنخفضة والمتوسطة والعالية الطاقة التي يكتشفها Chandra باللون الأحمر والأخضر والأزرق على التوالي.
- إذا لم يتمكن أي شيء من الهروب من الثقب الأسود ، فلن يبتلع الكون كله في النهاية؟
الكون مكان كبير. على وجه الخصوص ، فإن حجم المنطقة التي يكون فيها لثقب أسود معين تأثير جاذبي كبير محدود للغاية مقارنة بحجم المجرة. ينطبق هذا حتى على الثقوب السوداء الهائلة مثل تلك الموجودة في منتصف مجرة درب التبانة. ربما يكون هذا الثقب الأسود قد “أكل” بالفعل معظم أو كل النجوم التي تكونت في الجوار ، والنجوم البعيدة تكون في الغالب في مأمن من الانجذاب إليها. نظرًا لأن هذا الثقب الأسود يزن بالفعل بضعة ملايين أضعاف كتلة الشمس ، فلن يكون هناك سوى تكون زيادات صغيرة في كتلته إذا ابتلع المزيد من النجوم الشبيهة بالشمس. لا يوجد خطر من سحب الأرض (التي تقع على بعد 26000 سنة ضوئية من الثقب الأسود لمجرة درب التبانة).
ستؤدي تصادمات المجرات المستقبلية إلى زيادة حجم الثقوب السوداء ، على سبيل المثال عن طريق دمج اثنين من الثقوب السوداء. لكن الاصطدامات لن تحدث إلى أجل غير مسمى لأن الكون كبير ولأنه يتمدد ، ولذلك فمن غير المرجح أن يحدث أي نوع من تأثير الثقب الأسود الجامح.
في هذا الرسم التوضيحي للثقب الأسود والقرص المحيط به ، يتصاعد الغاز نحو الثقب الأسود خارجه مباشرةً ، مما يؤدي إلى ازدحام مروري. يكون الازدحام المروري أقرب إلى الثقوب السوداء الأصغر ، لذلك تنبعث الأشعة السينية على نطاق زمني أقصر.
- هل يمكن أن تصبح الثقوب السوداء أصغر؟
نعم. اقترح الفيزيائي الراحل ستيفن هوكينغ أنه بينما تكبر الثقوب السوداء عن طريق تناول المواد ، فإنها تتقلص ببطء لأنها تفقد كميات ضئيلة من الطاقة تسمى “إشعاع هوكينغ”.
يحدث إشعاع هوكينج لأن الفضاء الفارغ ، أو الفراغ ، ليس فارغًا حقًا. إنه في الواقع بحر من الجسيمات التي تظهر باستمرار وتختفي من الوجود. أظهر هوكينج أنه إذا تم إنشاء زوج من هذه الجسيمات بالقرب من ثقب أسود ، فهناك احتمال أن يتم سحب أحدهما إلى الثقب الأسود قبل تدميره. في هذا الحدث ، سوف يهرب شريكها إلى الفضاء. تأتي الطاقة اللازمة لهذا من الثقب الأسود ، لذلك يفقد الثقب الأسود الطاقة والكتلة ببطء بهذه العملية.
في النهاية ، من الناحية النظرية ، سوف تتبخر الثقوب السوداء من خلال إشعاع هوكينغ. لكن الأمر سيستغرق وقتًا أطول بكثير من عمر الكون بأكمله حتى تتبخر معظم الثقوب السوداء التي نعرفها بشكل كبير. سوف تبقى الثقوب السوداء ، حتى تلك الموجودة حول كتلة الشمس بأضعاف قليلة ، موجودة لفترة طويلة حقًا!