الثقب الأسود بواسطة. أكبر ثقب أسود في الكون المعروف. كيف تموت الثقوب السوداء

يتنبأ بوجود متفردة في الثقب الأسود، وهو مكان تصبح فيه قوى المد كبيرة بشكل لا نهائي، وبمجرد تجاوز أفق الحدث، لا يمكنك الذهاب إلى أي مكان آخر غير المتفردة. وعليه، فمن الأفضل عدم استخدام النسبية العامة في هذه الأماكن - فهي ببساطة لا تعمل. لمعرفة ما يحدث داخل الثقب الأسود، نحتاج إلى نظرية الجاذبية الكمومية. ومن المقبول عمومًا أن هذه النظرية ستستبدل التفرد بشيء آخر.

كيف تتكون الثقوب السوداء؟

نحن نعرف حاليًا أربع طرق مختلفة لتشكل الثقوب السوداء. أفضل ما يمكن فهمه هو أنه يرتبط بانهيار النجوم. سيشكل النجم الكبير بدرجة كافية ثقبًا أسود بعد توقف اندماجه النووي، لأن كل ما يمكن دمجه بالفعل قد تم دمجه. عندما يتوقف الضغط الناتج عن عملية الاصطناع، تبدأ المادة في الانخفاض نحو مركز جاذبيتها، وتصبح كثيفة بشكل متزايد. وفي نهاية المطاف، يصبح كثيفًا جدًا بحيث لا يستطيع أي شيء التغلب على تأثير الجاذبية على سطح النجم: هكذا يولد الثقب الأسود. تسمى هذه الثقوب السوداء "الثقوب السوداء ذات الكتلة الشمسية" وهي الأكثر شيوعًا.

النوع الشائع التالي من الثقوب السوداء هو "الثقب الأسود الهائل"، والذي يمكن العثور عليه في مراكز العديد من المجرات، وتبلغ كتلته حوالي مليار مرة أكبر من الثقوب السوداء ذات الكتلة الشمسية. ليس من المعروف حتى الآن على وجه اليقين كيف يتم تشكيلها بالضبط. ويُعتقد أنها بدأت في السابق على شكل ثقوب سوداء ذات كتلة شمسية، والتي ابتلعت العديد من النجوم الأخرى في مراكز المجرات المكتظة بالسكان، ثم نمت. ومع ذلك، يبدو أنها تمتص المادة بشكل أسرع مما تقترحه هذه الفكرة البسيطة، ولا تزال كيفية القيام بذلك بالضبط مسألة بحث.

كانت الفكرة الأكثر إثارة للجدل هي الثقوب السوداء البدائية، والتي يمكن أن تتشكل فعليًا بواسطة أي كتلة في تقلبات الكثافة الكبيرة في الكون المبكر. وفي حين أن هذا ممكن، فمن الصعب جدًا العثور على نموذج ينتجها دون إنشاء كمية زائدة منها.

أخيرًا، هناك فكرة تخمينية مفادها أن مصادم الهادرونات الكبير يمكن أن ينتج ثقوبًا سوداء صغيرة كتلتها قريبة من كتلة بوزون هيغز. وهذا لا ينجح إلا إذا كان لكوننا أبعاد إضافية. وحتى الآن لم يكن هناك أي دليل يدعم هذه النظرية.

كيف نعرف أن الثقوب السوداء موجودة؟

لدينا الكثير من الأدلة الرصدية على وجود أجسام مدمجة ذات كتل كبيرة لا ينبعث منها الضوء. وتكشف هذه الأجسام عن نفسها من خلال الجاذبية، على سبيل المثال بسبب حركة النجوم الأخرى أو سحب الغاز من حولها. كما أنها تخلق عدسة الجاذبية. نحن نعلم أن هذه الأجسام ليس لها سطح صلب. وينتج هذا من الملاحظة، لأن سقوط المادة على جسم ذي سطح يجب أن يتسبب في انبعاث جسيمات أكثر من المادة المتساقطة عبر الأفق.

لماذا قال هوكينج العام الماضي أن الثقوب السوداء غير موجودة؟

كان يقصد أن الثقوب السوداء ليس لديها أفق حدث أبدي، بل لديها أفق واضح مؤقت فقط (انظر النقطة الأولى). بالمعنى الدقيق للكلمة، يعتبر أفق الحدث فقط ثقبًا أسود.

كيف تصدر الثقوب السوداء الإشعاع؟

تنبعث الثقوب السوداء من الإشعاع بسبب التأثيرات الكمومية. من المهم أن نلاحظ أن هذه تأثيرات كمومية للمادة، وليست تأثيرات كمومية للجاذبية. يغير الزمكان الديناميكي للثقب الأسود المنهار تعريف الجسيم. وكما هو الحال مع تدفق الزمن الذي يصبح مشوهًا بالقرب من الثقب الأسود، فإن مفهوم الجسيمات يعتمد بشكل كبير على الراصد. وعلى وجه الخصوص، عندما يعتقد الراصد الذي يسقط في ثقب أسود أنه يسقط في الفراغ، فإن الراصد البعيد عن الثقب الأسود يعتقد أنه ليس فراغًا، بل مساحة مليئة بالجزيئات. إن تمدد الزمكان هو الذي يسبب هذا التأثير.

اكتشف ستيفن هوكينج لأول مرة، ويسمى الإشعاع المنبعث من الثقب الأسود "إشعاع هوكينج". وتتناسب درجة حرارة هذا الإشعاع عكسيا مع كتلة الثقب الأسود: فكلما كان الثقب الأسود أصغر، زادت درجة الحرارة. الثقوب السوداء النجمية وفائقة الكتلة التي نعرفها لها درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الخلفية الميكروية، وبالتالي لا يمكن ملاحظتها.

ما هي مفارقة المعلومات؟

مفارقة فقدان المعلومات سببها إشعاع هوكينج. وهذا الإشعاع حراري بحت، أي أنه عشوائي وله درجة حرارة فقط من بين خصائص معينة. ولا يحتوي الإشعاع نفسه على أي معلومات حول كيفية تشكل الثقب الأسود. لكن عندما يصدر الثقب الأسود إشعاعًا، فإنه يفقد كتلته وينكمش. وكل هذا مستقل تمامًا عن المادة التي أصبحت جزءًا من الثقب الأسود أو التي تشكلت منها. وتبين أن معرفة الحالة النهائية للتبخر فقط من المستحيل معرفة سبب تشكل الثقب الأسود. هذه العملية "لا رجعة فيها" - والمشكلة هي أنه لا توجد مثل هذه العملية في ميكانيكا الكم.

لقد اتضح أن تبخر الثقب الأسود لا يتوافق مع نظرية الكم كما نعرفها، ويجب القيام بشيء حيال ذلك. بطريقة أو بأخرى حل التناقض. يعتقد معظم الفيزيائيين أن الحل هو أن إشعاع هوكينج يجب أن يحتوي بطريقة أو بأخرى على معلومات.

ماذا يقترح هوكينج لحل مفارقة معلومات الثقب الأسود؟

والفكرة هي أن الثقوب السوداء يجب أن يكون لديها طريقة لتخزين المعلومات، وهو الأمر الذي لم يتم قبوله بعد. يتم تخزين المعلومات في أفق الثقب الأسود ويمكن أن تسبب إزاحة صغيرة للجسيمات في إشعاع هوكينج. قد تحتوي عمليات الإزاحة الصغيرة هذه على معلومات حول المادة المحاصرة بالداخل. التفاصيل الدقيقة لهذه العملية غير واضحة حاليًا. وينتظر العلماء ورقة فنية أكثر تفصيلاً من ستيفن هوكينج ومالكولم بيري وأندرو سترومينجر. يقولون أنه سيظهر في نهاية سبتمبر.

في الوقت الحالي، نحن على يقين من وجود الثقوب السوداء، ونعرف أين توجد وكيف تتشكل وماذا ستصبح في النهاية. لكن التفاصيل الخاصة بالمكان الذي تذهب إليه المعلومات التي تدخلها تظل واحدة من أكبر أسرار الكون.

الثقوب السوداء الغامضة والمراوغة. وتؤكد قوانين الفيزياء إمكانية وجودها في الكون، لكن لا تزال هناك أسئلة كثيرة. تظهر العديد من الملاحظات وجود ثقوب في الكون، وهناك أكثر من مليون من هذه الأجسام.

ما هي الثقوب السوداء؟

في عام 1915، عند حل معادلات أينشتاين، تم التنبؤ بظاهرة مثل "الثقوب السوداء". ومع ذلك، أصبح المجتمع العلمي مهتما بها فقط في عام 1967. ثم أطلقوا عليها اسم "النجوم المنهارة" و"النجوم المتجمدة".

في الوقت الحاضر، الثقب الأسود هو منطقة من الزمان والمكان تتمتع بجاذبية كبيرة لدرجة أنه حتى شعاع الضوء لا يمكنه الهروب منها.

كيف تتكون الثقوب السوداء؟

هناك عدة نظريات لظهور الثقوب السوداء، تنقسم إلى افتراضية وواقعية. أبسطها وأكثرها واقعية هي نظرية انهيار جاذبية النجوم الكبيرة.

عندما ينمو حجم نجم ضخم بما فيه الكفاية، قبل "الموت"، ويصبح غير مستقر، ويستهلك وقوده الأخير. وفي الوقت نفسه، تظل كتلة النجم دون تغيير، لكن حجمه يتناقص مع حدوث ما يسمى بالتكثيف. وبعبارة أخرى، عند ضغطه، "يسقط" اللب الثقيل على نفسه. وبالتوازي مع ذلك، يؤدي الضغط إلى زيادة حادة في درجة الحرارة داخل النجم وتمزق الطبقات الخارجية للجرم السماوي، والتي تتشكل منها نجوم جديدة. وفي الوقت نفسه، في مركز النجم، يقع اللب في "مركز" خاص به. نتيجة لعمل قوى الجاذبية، ينهار المركز إلى نقطة ما - أي أن قوى الجاذبية قوية جدًا لدرجة أنها تمتص النواة المضغوطة. هكذا يولد الثقب الأسود، الذي يبدأ بتشويه المكان والزمان بحيث لا يتمكن حتى الضوء من الهروب منه.

يوجد في وسط كل المجرات ثقب أسود هائل. وفقا للنظرية النسبية لأينشتاين:

"أي كتلة تشوه المكان والزمان."

تخيل الآن مقدار تشويه الثقب الأسود للزمان والمكان، لأن كتلته هائلة وفي نفس الوقت مضغوطة في حجم صغير جدًا. هذه القدرة تسبب الغرابة التالية:

"الثقوب السوداء لديها القدرة عملياً على إيقاف الزمن وضغط الفضاء. وبسبب هذا التشويه الشديد، تصبح الثقوب غير مرئية بالنسبة لنا.

إذا كانت الثقوب السوداء غير مرئية، فكيف نعرف أنها موجودة؟

نعم، على الرغم من أن الثقب الأسود غير مرئي، إلا أنه يجب أن يكون ملحوظًا بسبب المادة التي تسقط فيه. وكذلك الغاز النجمي الذي ينجذب إليه الثقب الأسود؛ فعند الاقتراب من أفق الحدث، تبدأ درجة حرارة الغاز في الارتفاع إلى قيم فائقة الارتفاع، مما يؤدي إلى التوهج. ولهذا السبب تتوهج الثقوب السوداء. وبفضل هذا، وعلى الرغم من ضعفه وتوهجه، يفسر علماء الفلك وعلماء الفيزياء الفلكية وجود جسم ذو حجم صغير ولكن كتلة ضخمة في وسط المجرة. حاليًا، نتيجة للملاحظات، تم اكتشاف حوالي 1000 جسم مشابه في سلوك الثقوب السوداء.

الثقوب السوداء والمجرات

كيف يمكن أن تؤثر الثقوب السوداء على المجرات؟ هذا السؤال يؤرق العلماء في جميع أنحاء العالم. هناك فرضية مفادها أن الثقوب السوداء الموجودة في مركز المجرة هي التي تؤثر على شكلها وتطورها. وأنه عندما تصطدم مجرتان، تندمج الثقوب السوداء، وخلال هذه العملية يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة والمادة بحيث تتشكل نجوم جديدة.

أنواع الثقوب السوداء

• وفقا للنظرية الحالية، هناك ثلاثة أنواع من الثقوب السوداء: النجمية، وفائقة الكتلة، والصغيرة. وكل واحد منهم تم تشكيله بطريقة خاصة.
• - الثقوب السوداء ذات كتل نجمية، فهي تنمو إلى أحجام هائلة ثم تنهار.
  - من المرجح أن توجد الثقوب السوداء الهائلة، والتي يمكن أن تكون لها كتلة تعادل ملايين الشموس، في مراكز جميع المجرات تقريبًا، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة. لا يزال لدى العلماء فرضيات مختلفة حول تكوين الثقوب السوداء الهائلة. حتى الآن، لا يُعرف سوى شيء واحد فقط، وهو أن الثقوب السوداء الهائلة هي نتيجة ثانوية لتكوين المجرات. الثقوب السوداء الهائلة - تختلف عن الثقوب السوداء العادية من حيث حجمها الكبير جدًا، ولكن كثافتها منخفضة بشكل متناقض.
• - لم يتمكن أحد حتى الآن من اكتشاف ثقب أسود مصغر كتلته أقل من كتلة الشمس. ومن الممكن أن تكون الثقوب المصغرة قد تشكلت بعد وقت قصير من "الانفجار الكبير"، وهو البداية الدقيقة لوجود كوننا (منذ حوالي 13.7 مليار سنة).
• - في الآونة الأخيرة، تم تقديم مفهوم جديد باسم "الثقوب السوداء البيضاء". ولا يزال هذا ثقبًا أسودًا افتراضيًا، وهو عكس الثقب الأسود. درس ستيفن هوكينج بنشاط إمكانية وجود الثقوب البيضاء.
• - الثقوب السوداء الكمومية - وهي موجودة نظرياً فقط حتى الآن. يمكن أن تتشكل الثقوب السوداء الكمومية عندما تصطدم جسيمات صغيرة جدًا نتيجة لتفاعل نووي.
• - الثقوب السوداء الأولية هي أيضًا نظرية. تم تشكيلها مباشرة بعد أصلها.

وفي الوقت الراهن، هناك عدد كبير من الأسئلة المفتوحة التي لم تجب عليها الأجيال القادمة بعد. على سبيل المثال، هل من الممكن أن يكون ما يسمى بـ "الثقوب الدودية" موجودًا بالفعل، والتي يمكن من خلالها السفر عبر المكان والزمان. ما الذي يحدث بالضبط داخل الثقب الأسود وما هي القوانين التي تخضع لها هذه الظواهر. وماذا عن اختفاء المعلومات في الثقب الأسود؟

من بين جميع الأشياء المعروفة للبشرية الموجودة في الفضاء الخارجي، تنتج الثقوب السوداء الانطباع الأكثر غرابة وغير المفهوم. وهذا الشعور ينتاب كل شخص تقريبًا عند ذكر الثقوب السوداء، على الرغم من أن البشرية تعرف عنها منذ أكثر من قرن ونصف. تم الحصول على المعرفة الأولى حول هذه الظواهر قبل فترة طويلة من منشورات أينشتاين حول النظرية النسبية. ولكن تم تلقي تأكيد حقيقي لوجود هذه الأشياء منذ وقت ليس ببعيد.

بالطبع، تشتهر الثقوب السوداء بخصائصها الفيزيائية الغريبة، والتي تؤدي إلى المزيد من الألغاز في الكون. إنهم يتحدون بسهولة جميع قوانين الفيزياء والميكانيكا الكونية. ولكي نفهم كل تفاصيل ومبادئ وجود ظاهرة مثل الثقب الكوني، نحتاج إلى التعرف على الإنجازات الحديثة في علم الفلك واستخدام خيالنا، بالإضافة إلى أنه سيتعين علينا تجاوز المفاهيم القياسية. لتسهيل فهم الثقوب الكونية والتعرف عليها، أعد موقع البوابة الكثير من المعلومات المثيرة للاهتمام فيما يتعلق بهذه الظواهر في الكون.

مميزات الثقوب السوداء من موقع البوابة

بداية، تجدر الإشارة إلى أن الثقوب السوداء لا تأتي من العدم، بل تتشكل من نجوم ضخمة الحجم والكتلة. علاوة على ذلك، فإن أكبر ميزة وتفرد لكل ثقب أسود هو أنه يتمتع بجاذبية قوية جدًا. قوة جذب الأجسام للثقب الأسود تتجاوز سرعة الهروب الثانية. وتشير مؤشرات الجاذبية هذه إلى أنه حتى أشعة الضوء لا يمكنها الهروب من مجال عمل الثقب الأسود، لأن سرعتها أقل بكثير.

خصوصية الجذب هي أنه يجذب كل الأشياء القريبة. كلما زاد حجم الجسم الذي يمر في محيط الثقب الأسود، كلما زاد تأثيره وجاذبيته. وبناء على ذلك، يمكننا أن نستنتج أنه كلما كان الجسم أكبر، كلما كان جذب الثقب الأسود أقوى، ومن أجل تجنب مثل هذا التأثير، يجب أن يتمتع الجسم الكوني بمعدلات سرعة عالية جدًا في الحركة.

ومن الآمن أيضًا أن نلاحظ أنه في الكون بأكمله لا يوجد جسم يمكنه تجنب جاذبية الثقب الأسود إذا وجد نفسه على مقربة منه، لأنه حتى أسرع تيار ضوئي لا يمكنه الهروب من هذا التأثير. تعتبر النظرية النسبية، التي طورها أينشتاين، ممتازة لفهم خصائص الثقوب السوداء. ووفقا لهذه النظرية، يمكن للجاذبية أن تؤثر على الزمن وتشوه المكان. وينص أيضًا على أنه كلما كان الجسم الموجود في الفضاء الخارجي أكبر حجمًا، كلما أبطأ الزمن. وفي محيط الثقب الأسود نفسه، يبدو أن الزمن يتوقف تمامًا. إذا دخلت مركبة فضائية إلى مجال عمل ثقب فضائي، فيمكن للمرء أن يلاحظ كيف ستتباطأ سرعتها مع اقترابها، ثم تختفي تمامًا في النهاية.

لا ينبغي أن تخاف كثيرًا من ظواهر مثل الثقوب السوداء وتصدق كل المعلومات غير العلمية التي قد تكون موجودة في الوقت الحالي. أولًا، نحتاج إلى تبديد الأسطورة الأكثر شيوعًا والتي تقول إن الثقوب السوداء يمكنها امتصاص كل المادة والأشياء المحيطة بها، وعندما تفعل ذلك، فإنها تنمو بشكل أكبر وتمتص المزيد والمزيد. لا شيء من هذا صحيح تماما. نعم، في الواقع، يمكنهم امتصاص الأجسام والمادة الكونية، ولكن فقط تلك الموجودة على مسافة معينة من الثقب نفسه. وبصرف النظر عن جاذبيتها القوية، فهي لا تختلف كثيرًا عن النجوم العادية ذات الكتلة العملاقة. وحتى عندما تتحول شمسنا إلى ثقب أسود، فلن تتمكن إلا من امتصاص الأجسام الموجودة على مسافة قصيرة، وستظل جميع الكواكب تدور في مداراتها المعتادة.

بالانتقال إلى النظرية النسبية، يمكننا أن نستنتج أن جميع الأجسام ذات الجاذبية القوية يمكن أن تؤثر على انحناء الزمان والمكان. بالإضافة إلى ذلك، كلما زادت كتلة الجسم، كلما كان التشويه أقوى. لذلك، في الآونة الأخيرة، تمكن العلماء من رؤية هذا في الممارسة العملية، عندما تمكنوا من التفكير في أشياء أخرى كان من المفترض أن يتعذر الوصول إليها بأعيننا بسبب الأجسام الكونية الضخمة مثل المجرات أو الثقوب السوداء. كل هذا ممكن بسبب حقيقة أن أشعة الضوء التي تمر بالقرب من ثقب أسود أو أي جسم آخر تنحني بشدة تحت تأثير جاذبيتها. يسمح هذا النوع من التشويه للعلماء بالنظر إلى مسافة أبعد في الفضاء الخارجي. لكن مع مثل هذه الدراسات يكون من الصعب للغاية تحديد الموقع الحقيقي للجسم قيد الدراسة.

لا تظهر الثقوب السوداء من العدم، بل تتشكل نتيجة انفجار نجوم فائقة الكتلة. علاوة على ذلك، لكي يتشكل ثقب أسود، يجب أن تكون كتلة النجم المنفجر أكبر بعشر مرات على الأقل من كتلة الشمس. كل نجم موجود بسبب التفاعلات النووية الحرارية التي تحدث داخل النجم. وفي هذه الحالة، يتم إطلاق سبيكة هيدروجين أثناء عملية الاندماج، لكنها لا تستطيع مغادرة منطقة تأثير النجم، لأن جاذبيتها تجذب الهيدروجين مرة أخرى. هذه العملية برمتها تسمح للنجوم بالوجود. يعتبر تخليق الهيدروجين والجاذبية النجمية من الآليات التي تعمل بشكل جيد إلى حد ما، ولكن اختلال هذا التوازن يمكن أن يؤدي إلى انفجار نجمي. وفي معظم الحالات، يكون سببها استنفاد الوقود النووي.

اعتمادا على كتلة النجم، هناك عدة سيناريوهات ممكنة لتطورها بعد الانفجار. وهكذا تشكل النجوم الضخمة مجال انفجار المستعر الأعظم، ويبقى معظمها خلف نواة النجم السابق، ويطلق رواد الفضاء على مثل هذه الأجسام اسم الأقزام البيضاء. وفي معظم الحالات، تتشكل سحابة غازية حول هذه الأجسام، والتي تثبت في مكانها بفعل جاذبية القزم. ومن الممكن أيضًا وجود طريق آخر لتطور النجوم فائقة الكتلة، حيث سيجذب الثقب الأسود الناتج بقوة شديدة كل مادة النجم إلى مركزه، مما سيؤدي إلى ضغطه القوي.

تسمى هذه الأجسام المضغوطة بالنجوم النيوترونية. وفي الحالات النادرة، بعد انفجار نجم، من الممكن تكوين ثقب أسود في فهمنا المقبول لهذه الظاهرة. ولكن لكي يتم إنشاء الثقب، يجب أن تكون كتلة النجم ضخمة جدًا. في هذه الحالة، عندما ينتهك توازن التفاعلات النووية، فإن جاذبية النجم تصبح مجنونة. في الوقت نفسه، يبدأ في الانهيار بنشاط، وبعد ذلك يصبح مجرد نقطة في الفضاء. بمعنى آخر، يمكننا القول أن النجم كجسم مادي لم يعد له وجود. وعلى الرغم من اختفائه، إلا أن ثقبًا أسودًا له نفس الجاذبية والكتلة يتشكل خلفه.

إن انهيار النجوم هو الذي يؤدي إلى اختفائها تمامًا، ويتشكل مكانها ثقب أسود له نفس الخصائص الفيزيائية للنجم المختفي. والفرق الوحيد هو أن درجة ضغط الثقب أكبر من حجم النجم. الميزة الأكثر أهمية لجميع الثقوب السوداء هي تفردها، الذي يحدد مركزها. تتحدى هذه المنطقة جميع قوانين الفيزياء والمادة والفضاء التي لم تعد موجودة. لفهم مفهوم التفرد، يمكننا القول أن هذا هو الحاجز الذي يسمى أفق الحدث الكوني. وهو أيضًا الحد الخارجي للثقب الأسود. يمكن تسمية التفرد بنقطة اللاعودة، حيث أن قوة الجاذبية الهائلة للثقب تبدأ في التصرف. حتى الضوء الذي يعبر هذا الحاجز غير قادر على الهروب.

لأفق الحدث تأثير جذاب يجذب جميع الأجسام بسرعة الضوء، فكلما اقتربت من الثقب الأسود نفسه، زادت مؤشرات السرعة أكثر. وهذا هو السبب في أن جميع الأشياء التي تقع ضمن نطاق هذه القوة محكوم عليها بالامتصاص في الحفرة. تجدر الإشارة إلى أن مثل هذه القوى قادرة على تعديل الجسم الذي تم التقاطه بفعل هذا الجذب، وبعد ذلك تمتد إلى خيط رفيع، ثم تتوقف تمامًا عن الوجود في الفضاء.

يمكن أن تختلف المسافة بين أفق الحدث والمتفرد، ويسمى هذا الفضاء بنصف قطر شفارتزشيلد. ولهذا السبب، كلما زاد حجم الثقب الأسود، زاد نطاق الحركة. على سبيل المثال، يمكننا القول أن الثقب الأسود الذي يبلغ حجمه كتلة شمسنا سيكون نصف قطره شوارزشيلد ثلاثة كيلومترات. وبناء على ذلك، فإن الثقوب السوداء الكبيرة لها نطاق أكبر.

يعد العثور على الثقوب السوداء عملية صعبة إلى حد ما، حيث لا يمكن للضوء الهروب منها. ولذلك فإن البحث والتعريف لا يعتمدان إلا على أدلة غير مباشرة على وجودها. إن أبسط طريقة يستخدمها العلماء للعثور عليها هي البحث عنها من خلال إيجاد أماكن في الفضاء المظلم إذا كانت ذات كتلة كبيرة. وفي معظم الحالات، يتمكن علماء الفلك من العثور على ثقوب سوداء في أنظمة النجوم الثنائية أو في مراكز المجرات.

يميل معظم علماء الفلك إلى الاعتقاد بوجود ثقب أسود فائق القوة أيضًا في مركز مجرتنا. ويطرح هذا التصريح السؤال، هل سيتمكن هذا الثقب من ابتلاع كل شيء في مجرتنا؟ وفي الواقع هذا مستحيل، لأن الثقب نفسه له نفس كتلة النجوم، لأنه مخلوق من النجم. علاوة على ذلك، فإن جميع حسابات العلماء لا تنبئ بأي أحداث عالمية تتعلق بهذا الجسم. علاوة على ذلك، لمليارات السنين الأخرى، ستدور الأجسام الكونية لمجرتنا بهدوء حول هذا الثقب الأسود دون أي تغييرات. والدليل على وجود ثقب في وسط مجرة ​​درب التبانة يمكن أن يأتي من موجات الأشعة السينية التي سجلها العلماء. ويميل معظم علماء الفلك إلى الاعتقاد بأن الثقوب السوداء تنبعث منها بكميات هائلة.

في كثير من الأحيان توجد في مجرتنا أنظمة نجمية تتكون من نجمين، وغالبًا ما يمكن أن يصبح أحدهما ثقبًا أسود. في هذه النسخة، يمتص الثقب الأسود جميع الأجسام التي في طريقه، بينما تبدأ المادة بالدوران حوله، فيتكون ما يسمى بقرص التسارع. ميزة خاصة هي أنه يزيد من سرعة الدوران ويقترب من المركز. وهي المادة التي تسقط في وسط الثقب الأسود والتي تبعث الأشعة السينية، فتتدمر المادة نفسها.

أنظمة النجوم الثنائية هي أول المرشحين لحالة الثقب الأسود. في مثل هذه الأنظمة، من السهل جدًا العثور على ثقب أسود، نظرًا لحجم النجم المرئي، من الممكن حساب مؤشرات أخيه غير المرئي. حاليًا، قد يكون المرشح الأول لحالة الثقب الأسود هو نجم من كوكبة الدجاجة، التي تنبعث منها الأشعة السينية بشكل نشط.

استنتاجا من كل ما سبق عن الثقوب السوداء، يمكننا القول إنها ليست ظواهر خطيرة، وبطبيعة الحال، في حالة القرب الشديد، فهي أقوى الأجسام في الفضاء الخارجي بسبب قوة الجاذبية. لذلك، يمكننا القول أنهم لا يختلفون بشكل خاص عن الأجسام الأخرى، السمة الرئيسية لهم هي مجال الجاذبية القوي.

لقد تم اقتراح عدد كبير من النظريات فيما يتعلق بالغرض من الثقوب السوداء، وكان بعضها سخيفًا. وهكذا، وفقا لأحدهم، يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء يمكن أن تلد مجرات جديدة. وترتكز هذه النظرية على حقيقة أن عالمنا هو مكان مناسب إلى حد ما لأصل الحياة، ولكن إذا تغير أحد العوامل، فإن الحياة ستكون مستحيلة. ولهذا السبب، فإن تفرد وخصائص التغيرات في الخصائص الفيزيائية للثقوب السوداء يمكن أن تؤدي إلى ظهور كون جديد تمامًا، والذي سيكون مختلفًا بشكل كبير عن كوننا. لكن هذه مجرد نظرية وهي نظرية ضعيفة إلى حد ما لأنه لا يوجد دليل على مثل هذا التأثير للثقوب السوداء.

أما بالنسبة للثقوب السوداء، فهي لا تستطيع امتصاص المادة فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تتبخر. وقد ثبتت ظاهرة مماثلة منذ عدة عقود. وهذا التبخر يمكن أن يتسبب في فقدان الثقب الأسود لكل كتلته، ثم يختفي تمامًا.

كل هذا هو أصغر جزء من المعلومات حول الثقوب السوداء التي يمكنك التعرف عليها على موقع البوابة الإلكترونية. لدينا أيضًا كمية هائلة من المعلومات المثيرة للاهتمام حول الظواهر الكونية الأخرى.

ينجم الثقب الأسود عن انهيار نجم فائق الكتلة، الذي ينفد الوقود اللازم لتفاعل نووي في قلبه. ومع ضغط النواة، تزداد درجة حرارة النواة، وتتصادم الفوتونات التي تزيد طاقتها عن 511 كيلو إلكترون فولت لتشكل أزواج إلكترون-بوزيترون، مما يؤدي إلى انخفاض كارثي في ​​الضغط ومزيد من انهيار النجم تحت تأثير نجمه. الجاذبية الخاصة.

نشر عالم الفيزياء الفلكية إيثان سيغل مقالته بعنوان “أكبر ثقب أسود في الكون المعروف”، والذي جمع فيه معلومات عن كتلة الثقوب السوداء في المجرات المختلفة. فقط أتساءل: أين يوجد أكبرهم؟

وبما أن العناقيد النجمية الأكثر كثافة تقع في وسط المجرات، فإن كل مجرة ​​تقريبًا لديها ثقب أسود ضخم في مركزها، والذي تشكل بعد اندماج العديد من المجرات الأخرى. على سبيل المثال، يوجد في مركز مجرة ​​درب التبانة ثقب أسود تبلغ كتلته حوالي 0.1% من مجرتنا، أي 4 ملايين ضعف كتلة الشمس.

ومن السهل جدًا تحديد وجود ثقب أسود من خلال دراسة مسار النجوم التي تتأثر بجاذبية جسم غير مرئي.

لكن مجرة ​​درب التبانة هي مجرة ​​صغيرة نسبيا، ولا يمكن أن تحتوي على أكبر ثقب أسود. على سبيل المثال، ليست بعيدة عنا في مجموعة العذراء هناك مجرة ​​عملاقة تسمى ميسييه 87 - وهي أكبر بحوالي 200 مرة من مجرتنا.

لذلك، من مركز هذه المجرة، ينفجر تيار من المادة يبلغ طوله حوالي 5000 سنة ضوئية (في الصورة). إنها حالة شاذة مجنونة، كما يكتب إيثان سيجل، لكنها تبدو جميلة جدًا.

ويعتقد العلماء أن الثقب الأسود وحده هو الذي يمكنه تفسير مثل هذا "الثوران" من مركز المجرة. وتظهر الحسابات أن كتلة هذا الثقب الأسود أكبر بنحو 1500 مرة من كتلة الثقب الأسود في درب التبانة، أي ما يقرب من 6.6 مليار كتلة شمسية.

ولكن أين يقع أكبر ثقب أسود في الكون؟ إذا افترضنا أنه يوجد في وسط كل مجرة ​​تقريبًا مثل هذا الجسم بكتلة تبلغ 0.1٪ من كتلة المجرة، فنحن بحاجة إلى العثور على المجرة الأكثر ضخامة. يمكن للعلماء الإجابة على هذا السؤال أيضًا.

أضخم مجرة ​​معروفة لنا هي مجرة ​​IC 1101 التي تقع في مركز عنقود أبيل 2029، وهي أبعد عن مجرة ​​درب التبانة بـ 20 مرة من عنقود العذراء.

في IC 1101، تبلغ المسافة من المركز إلى الحافة الأبعد حوالي 2 مليون سنة ضوئية. حجمها ضعف المسافة من مجرة ​​درب التبانة إلى أقرب مجرة ​​المرأة المسلسلة. الكتلة تساوي تقريبًا كتلة كتلة برج العذراء بأكملها!

إذا كان هناك ثقب أسود في مركز IC 1101 (وينبغي أن يكون موجودًا)، فمن الممكن أن يكون الثقب الأسود هو الأكبر في الكون المعروف.

يقول إيثان سيجل إنه قد يكون مخطئًا. والسبب هو المجرة الفريدة NGC 1277. هذه ليست مجرة ​​كبيرة جدًا، أصغر قليلاً من مجرتنا. لكن تحليل دورانها أظهر نتيجة مذهلة: تبلغ كتلة الثقب الأسود في المركز 17 مليار كتلة شمسية، وهذا ما يصل إلى 17% من الكتلة الإجمالية للمجرة. وهذا سجل لنسبة كتلة الثقب الأسود إلى كتلة المجرة.

وهناك مرشح آخر لدور أكبر ثقب أسود في الكون المعروف. يظهر في الصورة التالية.

الجسم الغريب OJ 287 يسمى المتوهج. البلازارات هي فئة خاصة من الأجسام خارج المجرة، وهي نوع من النجوم الزائفة. تتميز بانبعاث قوي للغاية، والذي يختلف في OJ 287 بدورة تتراوح من 11 إلى 12 سنة (مع ذروة مزدوجة).

ووفقا لعلماء الفيزياء الفلكية، يحتوي OJ 287 على ثقب أسود مركزي فائق الكتلة، يدور حوله ثقب أسود آخر أصغر. يعد الثقب الأسود المركزي، الذي تبلغ كتلته 18 مليار كتلة شمسية، أكبر الثقب الأسود المعروف حتى الآن.

سيكون هذا الزوج من الثقوب السوداء أحد أفضل التجارب لاختبار النظرية النسبية العامة، أي تشوه الزمكان الموصوف في النسبية العامة.

بسبب التأثيرات النسبية، فإن الحضيض الشمسي للثقب الأسود، أي نقطة مداره الأقرب إلى الثقب الأسود المركزي، يجب أن يتحول بمقدار 39 درجة لكل دورة! وبالمقارنة، فإن الحضيض الشمسي لعطارد قد تحول بمقدار 43 ثانية قوسية فقط في القرن الواحد.