الثقوب السوداء

ما الثقب الأسود؟

الثقب الأسود مكان ضُغطت فيه كمية كبيرة من الكتلة في حيز ضئيل. والنتيجة جاذبية قوية جدًا حتى إنه، بعد حد معين، لا يستطيع شيء أن يتسلق عائدًا إلى الخارج، ولا حتى الضوء.

ولأن الضوء لا يفلت، فالثقب الأسود نفسه غير مرئي. ونعثر على الثقوب السوداء بمراقبة ما يحدث حولها: نجوم تدور حول شيء لا يُرى، أو غاز يسخن ويتوهج وهو يلتف نحو الداخل.

نشأت الفكرة من نظرية النسبية العامة لأينشتاين، التي تصف الجاذبية بأنها انحناء المكان والزمان بفعل الكتلة. وقرب الثقب الأسود يصبح هذا الانحناء متطرفًا.

أفق الحدث

أفق الحدث هو حافة الثقب الأسود. خارجه يستطيع جسم يتحرك بسرعة كافية أن يفلت. وداخله تكون السرعة اللازمة للإفلات أكبر من سرعة الضوء، وهو ما لا يبلغه شيء.

وهو ليس سطحًا صلبًا. فالمسافر لن يشعر بشيء خاص حين يعبره، لكن من تلك اللحظة لن يكون هناك طريق للعودة.

يتوقف حجم الأفق على الكتلة. فلثقب أسود بكتلة الشمس لن يتجاوز عرضه نحو 6 كم. أما القوس A* فعرض أفقه نحو 24 مليون كم، أصغر من مدار عطارد.

الثقوب السوداء النجمية والفائقة الكتلة

تتكون الثقوب السوداء النجمية حين ينفد وقود نجم ضخم جدًا وينهار لبّه، عادة في انفجار مستعر أعظم. وتزن عادة نحو 5 إلى عشرات أضعاف كتلة الشمس. وقد تضم مجرتنا قرابة 100 مليون منها، وإن لم يُعثر إلا على عدد قليل.

أما الثقوب السوداء الفائقة الكتلة فكتلتها ملايين إلى مليارات أضعاف كتلة الشمس، وتعيش في مراكز معظم المجرات الكبيرة. وكيف نمت إلى هذا الحجم في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون لا يزال سؤالًا بحثيًا مفتوحًا.

ويبحث الفلكيون أيضًا عن ثقوب سوداء متوسطة الكتلة، بين هاتين الفئتين، وقد أُعلن عن بضعة مرشحين جيدين.

القوس A*، مركز مجرتنا

في قلب درب التبانة، على بعد نحو 27,000 سنة ضوئية في اتجاه كوكبة القوس، يقع ثقب أسود فائق الكتلة يُسمى القوس A* (ويُنطق «إيه ستار»). كتلته نحو 4 ملايين ضعف كتلة الشمس.

ثبت وجوده بتتبع نجوم تندفع حوله في مدارات ضيقة على مدى سنوات طويلة. وتقاسم راينهارد غينزل وأندريا غيز، اللذان قادا تلك الدراسات، جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020 عن هذا العمل.

القوس A* هادئ نسبيًا الآن. فهو لا يبتلع كثيرًا من المادة، لذا لا يتوهج إلا بخفوت مقارنة بالنوى اللامعة لبعض المجرات الأخرى.

الصور الأولى

في أبريل 2019 نشر فريق تلسكوب أفق الحدث أول صورة لثقب أسود: M87*، في مركز المجرة مسييه 87، على بعد نحو 55 مليون سنة ضوئية، وكتلته نحو 6.5 مليار ضعف كتلة الشمس.

تلسكوب أفق الحدث ليس صحنًا واحدًا بل شبكة من المراصد الراديوية حول العالم تعمل معًا، فتتصرف كتلسكوب بحجم الأرض.

تُظهر الصورة حلقة متوهجة من الغاز الساخن حول مركز مظلم، هو ظل الثقب الأسود. وفي مايو 2022 نشر الفريق نفسه صورة القوس A*، التي تبدو شديدة الشبه بها رغم أن كتلته أقل بنحو 1,500 مرة. وهذا التطابق هو ما تتنبأ به النسبية العامة.

موجات الجاذبية

تنبأ أينشتاين بأن الكتل المتحركة تُحدث تموجات في المكان والزمان تُسمى موجات الجاذبية. وتكون ضعيفة إلى حد لا يُصدق حين تصل إلى الأرض.

في 14 سبتمبر 2015 التقط كاشفا ليغو في الولايات المتحدة إشارة كهذه لأول مرة. جاءت من ثقبين أسودين، كتلتاهما نحو 29 و36 ضعف كتلة الشمس، يلتفان معًا ويندمجان على بعد نحو 1.3 مليار سنة ضوئية. ونال هذا الاكتشاف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2017.

ومنذ ذلك الحين سجّل ليغو وفيرغو في إيطاليا وكاغرا في اليابان مئات الاندماجات، فصارت موجات الجاذبية طريقة جديدة لدراسة الثقوب السوداء.

خرافات شائعة

خرافة: الثقوب السوداء تبتلع كل شيء. والحقيقة أن الثقب الأسود من مسافة آمنة يجذب تمامًا مثل أي جسم له الكتلة نفسها. فلو استُبدلت الشمس بثقب أسود مساوٍ لها في الكتلة، لبقيت الأرض في مدارها نفسه، وإن كانت ستصبح باردة ومظلمة جدًا.

خرافة: الثقوب السوداء مكانس كونية تجوب المجرة. فأقرب ثقب أسود معروف يبعد أكثر من 1,500 سنة ضوئية ولا يشكل علينا أي خطر.

خرافة: الثقوب السوداء ثقوب. إنها في الواقع تركيزات كثيفة للغاية من المادة. وكثير منها يدور أيضًا، وبعضها يطلق نفاثات قوية من الجسيمات تمتد إلى ما وراء مجراتها المضيفة بكثير.