الفضاء · مقال
الثقوب السوداء شرح: كيف تتشكل وما تبدو عليه والإثبات على وجودها
نُشر:
باختصار
الثقب الأسود هو منطقة حيث تكون الجاذبية قوية جداً بحيث لا يمكن لأي شيء، حتى الضوء، أن يهرب بمجرد عبوره الأفق الحدثي. تتشكل معظم الثقوب السوداء من انهيار نجوم ضخمة تموت، بينما يبقى أصل أكبر الثقوب السوداء فائقة الكتلة غير مفهوم جيداً، وفقاً لوكالة ناسا. تم تأكيد وجودها من خلال كشف موجات جاذبية في عام 2015 وصورة مباشرة في عام 2019.
هذه النسخة ترجمة آلية للنص الأصلي (English). اقرأ النص الأصلي
الثقوب السوداء هي مناطق في الفضاء حيث تكون الجاذبية قوية جداً بحيث لا يمكن حتى للضوء أن يهرب بعد نقطة معينة. تسمى هذه الحدود الأفق الحدثي، وتصفها ناسا بأنها النقطة التي تتجاوز فيها السرعة المطلوبة للهروب سرعة الضوء.
كيف تتشكل الثقوب السوداء
الطريق الأكثر شيوعاً هو موت نجم ضخم. وفقاً لناسا، نجم يزيد وزنه عن 20 كتلة شمسية وينفد الوقود النووي في نواته ينهار تحت وزنه الخاص. بمجرد أن يتجاوز النواة المنهارة تقريباً ثلاث كتل شمسية، لا توجد قوة معروفة يمكنها إيقاف الانهيار، وينتج عن ذلك ثقب أسود.
الثقوب السوداء الفائقة الكتلة، التي تقع في مراكز المجرات الكبيرة وتزن بين 100000 وملايين الكتل الشمسية، يصعب شرحها من خلال انهيار النجوم وحده. تؤكد ناسا أن أصل الثقوب السوداء الفائقة الكتلة غير مفهوم جيداً، على الرغم من معرفتنا أنها كانت موجودة منذ الأيام الأولى لعمر المجرة.
تنمو الثقوب السوداء أيضاً بعد تشكلها، بسحب الغاز والغبار المحيط من خلال عملية تسمى الانجذاب، والدمج مع الثقوب السوداء الأخرى.
هيكل الثقب الأسود
يتضمن وصف ناسا لتشريح الثقب الأسود عدة أجزاء مميزة. التفرد هو النقطة النظرية في المركز حيث، وفقاً للنسبية العامة، تُسحق المادة بكثافة لا نهائية. ويحيط بها الأفق الحدثي، نقطة اللاعودة.
بعيداً عن ذلك، يشكل الغاز والغبار الساقط قرص الانجذاب، وهي بنية دوارة تسخن وهي تدور للداخل، مما يجعلها أحد الطرق الرئيسية التي يكتشف بها الفلكيون الثقوب السوداء. بالقرب من الثقب الأسود، يمكن للضوء أن يدور عدة مرات قبل الهروب، مما ينتج عنه حلقة رقيقة مشوهة تُعرف باسم كرة الفوتون. تولد بعض الثقوب السوداء أيضاً تاجاً بدرجة حرارة مليار درجة من الجسيمات فوق القرص، وأزواج من النفاثات التي تطلق المادة للخارج بسرعة قريبة من سرعة الضوء، حيث تمتد النفاثات من الثقوب السوداء الفائقة الكتلة مئات الآلاف من السنوات الضوئية، وفقاً لناسا.
أنواع الثقوب السوداء
يصنف الفلكيون الثقوب السوداء حسب الكتلة. تتراوح الثقوب السوداء النجمية من حوالي ثلاث إلى عدة عشرات من الكتل الشمسية وتنتشر في جميع أنحاء المجرات مثل درب التبانة. تثبت الثقوب السوداء الفائقة الكتلة مراكز المجرات الكبيرة وتزن من 100000 إلى مليارات الكتل الشمسية؛ الثقب الموجود في قلب مجرة مسيير 87 يزن أكثر من 6 مليارات كتلة شمسية، كما تؤكد ناسا. الثقوب السوداء الوسيطة الكتلة، في نطاق 100 إلى أكثر من 10000 كتلة شمسية، لديها عدد قليل من الأمثلة المؤكدة؛ تسمي ناسا حدث الاندماج في 2019 GW190521، الذي أنتج ثقباً أسود بـ 142 كتلة شمسية، أقنع مثال على هذه الفئة حتى الآن.
| النوع | نطاق الكتلة النموذجي | مثال |
|---|---|---|
| نجمية الكتلة | حوالي 3 إلى عشرات الكتل الشمسية | منتشرة عبر درب التبانة |
| وسيطة الكتلة | 100 إلى أكثر من 10000 كتلة شمسية | منتج الاندماج GW190521 (142 كتلة شمسية) |
| فائقة الكتلة | 100000 إلى مليارات الكتل الشمسية | M87* (أكثر من 6 مليارات كتلة شمسية) |
كيف أثبت العلماء أن الثقوب السوداء حقيقية
الصور المباشرة للثقب الأسود مستحيلة بالمعنى الطبيعي، لأنه لا يهرب أي ضوء من داخل الأفق الحدثي. بدلاً من ذلك، يبحث الباحثون عن التأثيرات غير المباشرة، وأسفرت نتيجتان رئيسيتان في العقد الماضي عن تحويل الثقوب السوداء من تنبؤ نظري إلى واقع ملحوظ.
جاءت الأولى في 14 سبتمبر 2015، عندما التقطت كواشف LIGO المتقدمة المزدوجة في الولايات المتحدة إشارة موجات جاذبية، وأطلق عليها لاحقاً GW150914، وفقاً لتقرير Physics World عن الاكتشاف. جاءت الإشارة من ثقبين أسودين بكتل 36 و 29 مرة الشمس، يندمجان في ثقب أسود دوار واحد بـ 62 كتلة شمسية على بُعد حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية. الفرق، الذي يعادل 3 كتل شمسية، قد تم إشعاعه كموجات جاذبية. تم قياس الاكتشاف بأهمية إحصائية أعلى من 5.1 سيجما وأكدت، من بين أمور أخرى، أن موجات الجاذبية تسير بسرعة الضوء، كما تنبأت النسبية العامة لأينشتاين.
جاءت النقطة الثانية في 10 أبريل 2019، عندما أطلقت مجموعة تلسكوب الأفق الحدثي أول صورة لظل الثقب الأسود على الإطلاق، كما أفادت أخبار MIT. كان الهدف هو الثقب الأسود الفائق الكتلة في مركز M87، على بُعد 55 مليون سنة ضوئية من الأرض، بكتلة 6.5 مليار شمس وأفق حدثي يبلغ حوالي 40 مليار كيلومتر. عملت ثمانية تلسكوبات راديوية أرضية، من هاواي وأريزونا إلى المكسيك وإسبانيا والتشيلي والقارة القطبية الجنوبية، معاً كأداة واحدة افتراضية لالتقاط الصورة، التي أظهرت حلقة مضيئة من الغاز المتوهج تحيط بـ "ظل" مركزي مظلم.
هذا الظل، الناجم عن الانحناء الجاذبي والتقاط الضوء بواسطة الأفق الحدثي، يكشف الكثير عن طبيعة هذه الأجسام الرائعة.
ساهم أكثر من 200 باحث من 13 مؤسسة شريكة في النتيجة 2019، وفقاً لأخبار MIT، والظل المرصود تطابق التنبؤات من النسبية العامة.
التأثيرات الجاذبية على الفضاء المحيط
بالقرب من الثقب الأسود، تدور المادة الساقطة إلى قرص الانجذاب، الذي تصفه ناسا بأنه "قرص ساخن وساطع وسريع الدوران" - أحد الطرق الرئيسية التي يكتشف بها الفلكيون الثقوب السوداء على الرغم من أن الثقب الأسود نفسه لا يصدر أي ضوء. هذه التأثيرات الجاذبية نفسها تنحني مسار الضوء الذي يمر بالقرب، وهذا هو ما ينتج عنه الحلقة المتوهجة التي تُرى في صور EHT بدلاً من دائرة مظلمة بسيطة.
أسئلة شائعة الإجابة
أسئلة
- هل يمكن لأي شيء أن يهرب من الثقب الأسود؟
- لا. تعرّف ناسا الأفق الحدثي بأنه الحد الذي تتجاوز فيه سرعة الهروب سرعة الضوء، مما يعني أن لا شيء، بما في ذلك الضوء، يمكنه الهروب بمجرد عبوره تلك النقطة.
- كيف تتشكل الثقوب السوداء؟
- تتشكل الثقوب السوداء النجمية عندما ينضب الوقود النووي لنجم يزيد وزنه عن 20 كتلة شمسية، وينهار نواته، إذا تجاوزت حوالي ثلاث كتل شمسية، تحت جاذبيتها الخاصة، وفقاً لناسا. أصل الثقوب السوداء الفائقة الكتلة أقل وضوحاً؛ تؤكد ناسا أنه غير مفهوم جيداً، على الرغم من معرفتنا بأن هذه الأجسام كانت موجودة منذ الأيام الأولى لعمر المجرة.
- هل تم التقاط صورة لثقب أسود من قبل؟
- في أبريل 2019 أطلقت مجموعة تلسكوب الأفق الحدثي أول صورة تُظهر ظل ثقب أسود وحلقة الغاز المتوهج المحيطة، للثقب الأسود الفائق الكتلة في مركز مجرة M87، كما أفادت أخبار MIT.
- ما أول دليل مباشر على اندماج الثقوب السوداء؟
- في 14 سبتمبر 2015، كشفت LIGO عن موجات جاذبية من ثقبين أسودين، بـ 36 و 29 كتلة شمسية، يندمجان في ثقب أسود بـ 62 كتلة شمسية على بُعد حوالي 1.3 مليار سنة ضوئية، وفقاً لتغطية Physics World للاكتشاف.
- ما حجم أكبر فئة من الثقوب السوداء المعروفة؟
- تتراوح الثقوب السوداء الفائقة الكتلة من حوالي 100000 إلى مليارات الكتل الشمسية وتقع في مراكز المجرات الكبيرة؛ الثقب في M87 يزن أكثر من 6 مليارات كتلة شمسية، وفقاً لناسا.
المصادر
أُعدّت هذه المادة بالذكاء الاصطناعي وخضعت لتدقيق آلي للمصادر قبل النشر. إن رأيت خطأً فاطلب تصحيحه. طلب تصحيح أو حق الرد · كيف نعمل
مواد ذات صلة
الفضاءخبر
مسبار برسيفيرانس يحقق رقماً قياسياً في القيادة على المريخ بمسافة 28.1 ميل، متجاوزاً أوبرتيونيتي
كسر مسبار برسيفيرانس التابع لناسا الرقم القياسي السابق بقيادته على سطح عالم آخر، حيث وصل إلى مسافة 28.10 ميل (45.22 كم) على المريخ في 11 أكتوبر 2026، وفقاً لمختبر الدفع النفاث التابع لناسا. يتجاوز هذا الرقم الجديد المسافة البالغة 28.06 ميل (45.16 كم) التي قطعها مسبار أوبرتيونيتي بين عامي 2004 و 2018 — وهي مسافة احتاجت أوبرتيونيتي إلى ما يقرب من 15 سنة لقطعها، مقابل حوالي 5.5 سنة لبرسيفيرانس.
الفضاءدليل
دليل المبتدئين لاختيار واستخدام التلسكوب
بالنسبة للتلسكوب الأول، تعتبر الفتحة — قطر العدسة أو المرآة الرئيسية — أهم من قوة التكبير، لأنها تحدد كمية الضوء التي تجمعها الأداة. عادة ما يتم توجيه المبتدئين نحو منكسر بفتحة 75–100 ملم أو عاكس دوبسوني بفتحة 150–200 ملم، مع توقعات واقعية حول كيف تبدو الكواكب والأجرام السماوية البعيدة من خلال العدسة العينية.
الفضاءمقال
مكوك الفضاء التابع لناسا وصل إلى ماخ 25: لماذا يُعتبر أسرع «طائرة» مأهولة بالبشر
أعادت مكوك الفضاء التابع لناسا الدخول إلى الغلاف الجوي بسرعة تبلغ تقريباً 17,500 ميل في الساعة - حوالي ماخ 25 - مما جعلها أسرع مركبة مأهولة بالبشر تطير كطائرة وتهبط على مدرج. حققت هذا الإنجاز 133 مرة عبر 135 مهمة بين عامي 1981 و2011. ومع ذلك، فإن أسرع رقم قياسي مطلق للسرعة البشرية يعود إلى كبسولة أبولو 10، التي لم تكن طائرة مجنحة.
الفضاءمقال
هل يمكننا العيش في الكهوف على القمر؟ داخل البحث عن موائل أنابيب الحمم البركانية القمرية
نعم، من حيث المبدأ: يقول العلماء إن أنابيب الحمم البركانية المنهارة تحت آبار مثل Marius Hills و Mare Tranquillitatis يمكن أن تحمي رواد الفضاء من الإشعاع والنيازك الدقيقة وتقلبات درجات الحرارة الشديدة أفضل بكثير من أي موطن سطحي. اختارت وكالة ناسا الآن مهمة تدعى GIMLI للتحقق مما إذا كان أحد هذه الآبار يفتح فعلاً إلى كهف كبير بما يكفي ليكون ذا أهمية.