هناك الكثير من المعلومات التي نسمعها عن الثقوب السوداء ,ولما اعتدناه من غرابة العلم اصبحنا نصدق كل ما هو غريب علي الفور .
لذا سأشرح في هذا المقال نشأة الثقوب السوداء وبعد الاخطاء الشائعة المنتشرة حولها .
لذا سأشرح في هذا المقال نشأة الثقوب السوداء وبعد الاخطاء الشائعة المنتشرة حولها .
لماذا سميت الثقوب السوداء بهذا الاسم ؟
سميت الثقوب السوداء بهذا الاسم لعدم قدرة الضوء علي الهرب منها بسبب جاذبيتها الشديدة ,لذلك لا نستطيع رؤيتها ,وانما نعرف وجودها عن طريق تأثير جاذبيتها.
وايضا لفظ مظلم او اسود في الفيزياء يطلق علي الاشياء التي لا نعرف عنها كثير من التفاصيل ولا نستطيع ان نراها كالمادة المظلمة والطاقة المظلمة .
كيف تنشأ الثقوب السوداء ؟
لنعرف كيفية نشأة الثقوب السوداء يجب ان نلقي نظرة علي دورة حياة النجوم .
تؤثر علي النجوم قوتين احدهما جذب نحو الداخل والاخري طرد للخارج :
- القوة الاولي هي الجاذبية التي تشد اطراف النجم الي الداخل.
- والقوة الثانية تدفع النجم الي الخارج بسبب الانفجارت التي تحدث داخله بسبب التفاعلات النووية التي تنتج طاقة هائلة .
وعند وجود ما يكفي من الذرات لاتمام التفاعل النووي يكون النجم في حالة اتزان , فالجذب والطرد يكونان متساويان .
لكن ماذا يحدث اذا ما نفذ وقود النجم وتوقفت التفاعلات النووية ؟
ما يحدث هو ان قوة الجاذبية تنتصر , ويتم جذب اطراف النجم الي الداخل ويصبح النجم اصغر حجما واكبر كثافة .
هل يمكن ان يتحول كل شئ الي ثقب اسود ؟
نعم يمكن تحويل اي شئ لثقب اسود بشرط ان يحقق شرط "شعاع شوارزشيلد" وهو عالم الماني قام بحل معادلات اينشتين في النسبية العامة وتنبأ بوجود الثقوب السوداء.
وشعاع شوارزشيلد هي المسافة التي يجب ان تنضغط فيها الكتلة لتصبح ذات جاذبية تستطيع منع فوتونات الضوء من الهروب .
وشعاع شوارزشيلد للشمس 3 كيلومتر , وللارض سنتيمتر واحد ,اي ان الشمس والارض يجب ان ينضغطوا في هاتين المسافتين ليتحولوا الي ثقوب سوداء وهذا لا يمكن ان يحدث في الطبيعة .
ويوجد منطقة تفصل بين داخل وخارج الثقب الاسود يطلق عليها "افق الحدث " (Event Horizon) ,وهي عبارة عن كرة خيالية يساوي طولها طول "شعاع شوارزشيلد" . حيث ان داخل هذه المنطقة لا يستطيع الضوء الهروب.. بينما خارجها يستطيع الهرب .
لنأتي الان للسؤال المهم :
كيف تتكون الثقوب السوداء ؟
_عندما يستنفذ النجم وقوده يموت ويتوقف عن اللمعان , وتنتصر قوة الجاذبية فيقل حجمه وتزداد كثافته مع بقاء كتلته ثابتة .
وفي هذه النقطة لنحدد ماذا يحدث بعد موت النجم ,يجب ان نصنف النجوم الي ثلاث حالات :-
- اولا - نجوم ذات كتلة اقل من ثماني كتل شمسية .
-مصير هذه النجوم هو انها تتحول الي ما يسمي قزم ابيض " white dwarf "
- ثانيا - نجوم ذات كتلة اكبر من ثماني واقل من خمس وعشرين كتلة شمسية.
-مصير هذه النجوم في نهاية المطاف هو ان البروتونات والنيوترونات تتحلل من الذرة بفعل الحرارة الشديدة , وتنجذب البروتونات الالكترونات منتجة نيوترونات ايضا ,وينهي النجم حياته في استعراض عظيم عبارة عن انفجار يدوي في الفضاء لا يوجد في الفضاء ما يستطيع ان ينتج ضوء وطاقة بمقدار ما ينتج من هذا الانفجار.
وهذا الانفجار لا يدمر النجم بالكامل بل يبقي قلب النجم ,وهو عبارة عن كرة من النيوترونات شديدة الكثافة ,حيث لا يتجاوز قطرها العشرين كيلو متر وتبلغ كتلتها مائة مليون طن .
- ثالثا - نجوم ذات كتلة اكبر من خمس وعشرين كتلة شمسية.
-هذه هي نجومنا المنشودة ,حيث انها تنهي حياتها بولادة اعظم الاجسام في الكون وهي الثقوب السوداء , حيث انه اذا كان النجم النيتروني ذا كتلة اقل من ثلاث اضعاف كتلة الشمس سيظل في حالة اتزان .
- اما اذا كانت الكتلة الاولية للنجم اكبرمن خمس وعشرين كتلة شمسية ,سيكون النجم النيتروني الناتج من انفجار مستعر اعظم "supernova" ذا كتلة اكبر من ثلاث كتل شمية , فينهار علي نفسه ويصبح حجمه اقل من "شعاع شوارزشيلد" ويتحول الي ثقب اسود,لا يستطيع الضوء الذي يدخل منطقة افق الحدث الخاصة به الهرب .
هل يمكن رؤية الثقوب السوداء ؟
يمكن معرفة وجود الثقوب السوداء عن طريقين :
- الاولي بالرؤية المباشرة
فعندما تقترب كتلة من الثقب الاسود ,وبسبب جاذبيته الشديده يقوم بابتلاعها فيزداد كتلة,لكن اذا كانت الكمية التي يبتلعها الثقب الاسود كبيرة ,يتكون حوله ما يسمي ب"قرص التضخم " ,ويحدث ارتفاع كبير في درجة الحرارة .
ونتيجة لذلك ينتج انبعاث للضوء في شكل موجات سينية يمكن ملاحظتها .
- والطريقة الثانية عن طريق تأثير جاذبيتها بالاجرام المحيطة .
بسبب جاذبية الثقب الاسود فهي تؤثر في الاجرام المحيطة وتجعلها تدور حولها في افلاك , فمجرتنا درب التبانه تقع في مركزها ثقب اسود تبلغ كتلته من 3.7 مليون كتلة شمسية ولا يتعدي حجمه 1500 كيلو متر , وتدور جميع نجوم المجرة حول هذا الثقب الاسود .
بما ان الثقوب السوداء لا تسمح للضوء بالهرب ,كيف حصلنا علي الصور المنتشرة للثقوب السوداء ؟
بالطبع بعض من هذه الصور مزيفة لكن هذا لا يمنع ان البعض الاخر حقيقي , وقد حصل العلماء عليه وذلك بمعالجة البيانات التي بحوزتنا عن الثقوب السوداء باستخدام كمبيوتر عملاق , ويقوم الكمبيوتر باعطائنا صور تقريبية .
والثقب الاسود الذي صوره لنا الفيلم الشهير interstellar , يعتبر من ادق الصور الذي نمتلكها عن الثقوب السوداء .
بما ان الثقب الاسود يبتلع النجوم القريبة وكنتيجة لذلك تزداد كتلتة ,هل يعني هذا انه سيستمر في الزياده الي ان تبتلع الثقوب السوداء كل ما في الكون من مادة ؟
يجب ان نعلم ان المسافات بين النجوم في الكون شاسعة جدا ,فاقرب النجوم للشمس هو "Proxima Centauri" , ومع ذلك يبعد عنها مسافة 4,22 سنة ضوئية , والشمس تبعد عنا بالسنين الضوئية 0,000016 سنة فقط .
وجاذبية الثقب الاسود لا يمكن ان تسحب نجم وتبتلعه من هذه المسافة .
لذا فالثقوب السوداء ليست كما نتخيل كالمكنسة تبتلع كل ما يحيط بها من نجوم طوال اليوم , وانما تبتلع فقط ما يقترب منها بحد معين وهي اعداد قليلة جدا من النجوم .
ولمن يريد ان يستزيد في معلوماته عن الثقوب السوداء , كتاب "ما الثقوب السوداء ؟" سيلبي الغرض , حيث ان هذا الكتاب الصغير يمتاز باسلوبه البسيط والمامه بالعديد من المواضيع الهامة .
لينك الكتاب علي موقع 'good reads '
https://www.goodreads.com/book/show/17456281?ac=1&from_search=true
