الثقوب السوداء هي مناطق كثيفة للغاية في الفضاء حيث تكون الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء، بما في ذلك الضوء، الهروب من مسافة معينة منها، تسمى أفق الحدث، تنشأ هذه الثقوب عندما تنهار النجوم الضخمة جدًا في نهاية دورة حياتها، فيما يلي بعض النقاط الأساسية حول كيفية تشكل هذه الثقوب وخصائصها، و كيف يكتشف العلماء وجودها إذا لم يصدر عنها ضوء؟
الثقوب السوداء
كيفية تشكل الثقوب السوداء وخصائصها
- عندما ينفد الوقود من نجم كتلته أكثر من 20 إلى 30 ضعف كتلة الشمس من أجل الاندماج النووي، فإنه لم يعد قادرًا على إنتاج الضغط الخارجي اللازم لمواجهة قوة الجاذبية الداخلية الهائلة.
- هذا يتسبب في انهيار النجم بشكل كارثي تحت جاذبيته، مكونًا ثقبًا أسود،يختفي النجم الأصلي بشكل أساسي عن الأنظار، تاركًا وراءه منطقة نواة مضغوطة للغاية (تسمى الثقب الأسود).
- عندما ينهار النجم، يصبح المكان والزمان مشوهين للغاية بسبب جاذبية الثقب الأسود،يؤدي هذا إلى تكوين حد كروي يسمى أفق الحدث، يشير إلى نقطة اللاعودة ( أي شيء يتجاوز هذه الحدود لا يمكن أن يهرب أبدًا).
- ينمو أفق الحدث مع سقوط المزيد من المادة في الثقب الأسود،تستمر قوة الجاذبية في الزيادة، وفي المركز توجد نقطة صغيرة للغاية تسمى التفرد، حيث تصبح الكثافة وانحناء الزمكان لانهائيًا.
- بمرور الوقت، تمتص الثقوب السوداء الغاز والغبار من الفضاء المحيط،يؤدي الاحتكاك إلى تسخين هذه المادة إلى بلايين الدرجات أثناء دورانها نحو أفق الحدث، مما يتسبب في تألق الثقوب السوداء بشكل ساطع مع الأشعة السينية المنبعثة، ومع ذلك، فإن الثقب الأسود نفسه لا يصدر أي ضوء.
ما هي الثقوب السوداء؟ كيف يتم إنشاؤها؟
خلاصة: باختصار، تؤدي دورة حياة النجوم الضخمة إلى تكوين ثقب أسود، والذي يؤدي إلى تشوه الزمكان ولديه جاذبية هائلة لا يمكن لأي شيء الهروب منها بمجرد عبور حدود أفق الحدث، يُستدل على وجودهم من تفاعلهم مع المادة القريبة.
كيف يكتشف العلماء وجود الثقوب السوداء إذا لم يصدر عنها ضوء؟
تفاعل الجاذبية مع النجوم والغازات القريبة : من خلال مراقبة مدارات النجوم وسحب الغاز بالقرب من الموقع المشتبه به للثقب الأسود، يمكن للعلماء رسم خريطة مجال الجاذبية واستنتاج وجود جسم هائل غير مرئي، يمكن أن تشير حركات المادة في قرص التراكم أيضًا إلى وجود ثقب أسود.
انبعاثات الأشعة السينية : الغاز والغبار المتسارعان نحو أفق الحدث للثقب الأسود يصبحان شديد السخونة ويصدران أشعة سينية يمكن اكتشافها، تساعد الأطوال الموجية المختلفة للضوء على تحديد المناطق القريبة جدًا من الثقب الأسود.
عدسة الجاذبية: تعمل الجاذبية القوية للثقب الأسود على ثني الضوء عن الأجسام البعيدة خلفه، ينتج عن تأثير العدسة هذا صورًا ملتوية ومكبرة لكائنات الخلفية، يمكن أن تشير الصور المشوهة المتعددة إلى وجود ثقب أسود.
موجات الجاذبية : ينتج عن تصادم الثقوب السوداء تموجات في الزمكان تسمى موجات الجاذبية، يمكن لأجهزة الكشف الحساسة مثل LIGO التقاط هذه الموجات، مما يؤكد اندماج الثقوب السوداء، تحمل الموجات تفاصيل حول كتل الثقوب السوداء ودورانها.
انبعاثات الراديو : يمكن للثقوب السوداء ذات الأقراص التراكمية أن تشتعل المادة عبر نفاثات تنبعث منها موجات الراديو عندما تتفاعل مع الوسط النجمي، يساعد رسم خرائط هذه الانبعاثات الراديوية في تحديد موقع أحداث الثقب الأسود.
التحولات الطيفية الصفرية: من المتوقع ألا تصدر الثقوب السوداء أي ضوء، لذا فإن ملاحظة نقص أو انخفاض في الضوء المرئي من منطقة ما يمكن أن يشير إلى وجود ثقب أسود غير مرئي.
لذلك من خلال الجمع بين البيانات من أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي وأرصاد موجات الجاذبية ، يمكن لعلماء الفلك أن يشيروا بشكل قاطع إلى وجود ثقب أسود.