مثل شمسين: التقطت الصور أطول موت لنجم في ثقب أسود. الثقب الأسود - الجسم الأكثر غموضا في الكون

ويشتبه العلماء في أن قوة الانبعاثات الراديوية الصادرة عن الثقب الأسود تعتمد على معدل التراكم، لكنهم لم يلاحظوا هذه العلاقة بشكل مباشر من قبل.

يحب حب هاها رائع حزين غاضب

في 11 نوفمبر 2014، تلقت شبكة عالمية من التلسكوبات إشارات من انفجار وقع على بعد 300 مليون سنة ضوئية من الأرض عندما مزق ثقب أسود نجما عابرا. واستهدف علماء الفلك الحدث بتلسكوبات أخرى، مما سمح لهم بمعرفة المزيد حول كيفية استهلاك الثقوب السوداء للمادة وتنظيم نمو المجرات.

والتقط علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (الولايات المتحدة الأمريكية) وجامعة جونز هوبكنز (الولايات المتحدة الأمريكية) إشارات راديوية تتداخل بنسبة 90% مع تلك الانفجارات البعيدة للأشعة السينية، ولكنها تحدث بتأخير قدره 13 يومًا منها. ويعتقدون أن الأدلة تشير إلى تدفق ضخم من الجسيمات عالية الطاقة تتدفق من الثقب الأسود نتيجة سقوط المواد النجمية.

تصور فني لنجم يبتلعه ثقب أسود. الائتمان: إسو/ل. كالسادا

ويعتقد المؤلف الرئيسي للدراسة، ديهي باشام، أن قوة النفاثات الهاربة من الثقب الأسود يتم التحكم فيها بطريقة ما من خلال المعدل الذي تتغذى به في النجم المدمر. ينتج الثقب الأسود "المغذي" تدفقًا قويًا، بينما ينتج الثقب الأسود الذي يعاني من سوء التغذية تدفقًا ضعيفًا أو لا ينتج تدفقًا على الإطلاق. ويشتبه العلماء في أن قوة الانبعاثات تعتمد على معدل التراكم، لكنهم لم يلاحظوا هذه العلاقة بشكل مباشر من قبل.

موضوع المناقشة

مرتكز على النماذج النظريةتطور الثقوب السوداء جنبا إلى جنب مع ملاحظات المجرات البعيدة، وقد العلماء فهم عامما يحدث أثناء حدث اضطراب المد والجزر: عندما يمر نجم بالقرب من ثقب أسود، فإن جاذبية الثقب الأسود تثير قوى المد والجزر على النجم، على غرار الطريقة التي يخلق بها القمر المد والجزر المحيطي على الأرض. إن جاذبية الثقب الأسود هائلة جدًا لدرجة أنه يمكن أن يدمر نجمًا. يتم احتجاز الحطام النجمي في دوامة من المواد التي تغذي الوحش.

تولد العملية برمتها دفعات هائلة من الطاقة عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. وقد لاحظها العلماء في النطاقات البصرية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية، وكذلك موجات الراديو. ويُعتقد أن مصدر الأشعة السينية هو مادة شديدة البرودة من المناطق الداخلية للقرص التراكمي الذي على وشك السقوط في الثقب الأسود، بينما من المحتمل أن يأتي الإشعاع البصري والأشعة فوق البنفسجية من المناطق الخارجية لقرص التراكم.

ومع ذلك، فإن ما يولد انبعاثًا راديويًا أثناء اضطراب المد والجزر لا يزال موضع نقاش. يقترح بعض العلماء أنه في لحظة الانفجار النجمي، تنتشر موجة الصدمة إلى الخارج وتثير جزيئات البلازما إلى الداخل بيئةوالتي بدورها تنبعث منها موجات الراديو. في مثل هذا السيناريو، سيكون نمط موجات الراديو مختلفًا جذريًا عن نمط الأشعة السينية المنبعثة من الحطام النجمي، وتتحدى الدراسة الجديدة هذا النموذج.

نمط التحول

نظر ديهي باشام وزميله سجورت فان فيلزين من جامعة جونز هوبكنز إلى البيانات المسجلة من التوهج المكتشف في عام 2014 بواسطة الشبكة العالمية لتلسكوبات ASASSN (المسح الآلي لجميع السماء للمستعرات الأعظم). وبعد فترة وجيزة من هذا الاكتشاف، ركزت العديد من التلسكوبات على هذا الحدث غير العادي. قام العلماء بتتبع الملاحظات الراديوية من ثلاثة تلسكوبات على مدى 180 يومًا، ووجدوا تطابقًا واضحًا مع بيانات الأشعة السينية من نفس الحدث، وإن كان تغيرًا طفيفًا في الوقت المناسب. ووجد علماء الفلك أن مجموعات البيانات كانت متشابهة بنسبة 90 بالمائة عند إزاحتها بمقدار 13 يومًا. أي أن تقلبات طيف الأشعة السينية ظهرت في المدى الراديوي بعد 13 يومًا.

يوضح ديهي باشام: "لا يمكن تحديد هذه العلاقة إلا من خلال عملية فيزيائية تربط بطريقة ما انبعاث الأشعة السينية لتيار التراكم بمنطقة الإنتاج الراديوي".

ومن نفس البيانات، يقدر العلماء أن حجم المنطقة المنتجة للأشعة السينية يبلغ حوالي 25 مرة حجم الشمس، في حين أن المنطقة المنبعثة من الراديو تبلغ حوالي 400 ألف مرة نصف قطر الشمس. ويشير الفريق إلى أن موجات الراديو انبعثت من تيار من الجسيمات عالية الطاقة التي بدأت تتدفق من الثقب الأسود بعد وقت قصير من استهلاك المواد من النجم المدمر.

نظرًا لأن منطقة النفاثات التي ولدت فيها موجات الراديو مليئة بالإلكترونات بشكل لا يصدق، فإن معظم الإشعاع تم امتصاصه على الفور بواسطة إلكترونات أخرى. فقط عندما تحركت الإلكترونات عبر النفث تم إطلاق موجات الراديو. وكانت هذه هي الإشارة التي اكتشفها الباحثون في النهاية. وبالتالي، يتم التحكم في قوة النفاثات من خلال معدل التراكم الذي يمتص فيه الثقب الأسود الحطام النجمي الذي ينبعث منه الأشعة السينية.

قدمت الدكتورة جين ليسين داي والبروفيسور إنريكو راميريز رويز من معهد نيلز بور نموذجًا حاسوبيًا مهمًا. ويمكن استخدامه لدراسة أحداث اضطراب المد والجزر، وهي أحداث نادرة ولكنها قوية للغاية في مراكز المجرة.

اضطراب المد والجزر

يوجد في مركز كل مجرة ​​كبيرة ثقب أسود هائل، وهو أكبر من كتلة الشمس بملايين ومليارات المرات. لكن معظميصعب مراقبتها لأنها لا تنبعث منها إشعاعات. يحدث هذا عندما يتم سحب شكل معين من المواد إلى مجال الجاذبية القوي للغاية للثقب الأسود. كل 10.000 سنة تقريبًا في مجرة ​​واحدة، يقترب نجم بشكل خطير من الثقب، وتمزق جاذبية الأخير الجسم إربًا. ويسمى هذا الحدث المد الجاذبية.

وفي هذه العملية، يمتلئ الثقب الأسود بشظايا نجمية وقت محدد. عندما يتم استهلاك غاز النجوم، يتم إطلاق كميات هائلة من الإشعاع. بفضل هذا، يمكنك دراسة خصائص الحفرة.

النموذج الموحد

عند ارتفاع المد، تبعث بعض الثقوب الأشعة السينية، بينما تنبعث منها أشعة أخرى ضوء مرئيوالأشعة فوق البنفسجية. من المهم أن نفهم هذا التنوع ونجمع اللغز بأكمله. في النموذج الجديد، حاولوا أن يأخذوا في الاعتبار زاوية عرض المراقب الأرضي. يدرس العلماء الكون، لكن المجرات موجهة بشكل عشوائي.

يجمع النموذج الجديد بين عناصر من النظرية العامةالنسبية، والمجال المغناطيسي، والإشعاع والغاز، والتي بفضلها يمكن النظر في حدث المد والجزر من وجهات نظر مختلفة وجمع كل الإجراءات في هيكل واحد.

التعاون والآفاق

أصبح هذا العمل ممكناً من خلال التعاون بين معهد نيلز بور وجامعة كاليفورنيا، سانتا كروز. كما شارك باحثون من جامعة ميريلاند. تم استخدام أدوات الحوسبة الحديثة لحل المشكلة. قدم هذا الاختراق منظورًا لمجال بحث سريع النمو.

الكون اللامحدود مليء بالأسرار والألغاز والمفارقات. بالرغم من العلم الحديثلقد حققت قفزة هائلة إلى الأمام في استكشاف الفضاء، ولا يزال الكثير في هذا العالم الشاسع غير مفهوم للنظرة البشرية للعالم. نحن نعرف الكثير عن النجوم والسدم والمجموعات والكواكب. ومع ذلك، في اتساع الكون هناك أشياء لا يمكننا إلا أن نخمن وجودها. على سبيل المثال، نحن لا نعرف إلا القليل عن الثقوب السوداء. تعتمد المعلومات والمعرفة الأساسية حول طبيعة الثقوب السوداء على الافتراضات والتخمينات. لقد ظل علماء الفيزياء الفلكية والعلماء النوويون يكافحون مع هذه القضية منذ عقود. ما هو الثقب الأسود في الفضاء؟ ما هي طبيعة مثل هذه الأشياء؟

الحديث عن الثقوب السوداء بعبارات بسيطة

لكي تتخيل كيف يبدو الثقب الأسود، ما عليك سوى رؤية ذيل قطار يدخل إلى النفق. سينخفض ​​حجم أضواء الإشارة في السيارة الأخيرة مع تعمق القطار في النفق حتى تختفي تمامًا عن الأنظار. بمعنى آخر، هذه هي الأشياء التي يختفي فيها حتى الضوء بسبب الجاذبية الهائلة. الجسيمات الأولية والإلكترونات والبروتونات والفوتونات غير قادرة على التغلب على الحاجز غير المرئي وتقع في هاوية العدم السوداء، ولهذا السبب يسمى هذا الثقب في الفضاء باللون الأسود. ليس بداخله أدنى مساحة مضيئة، سواد كامل ولانهاية. ما هو على الجانب الآخر من الثقب الأسود غير معروف.

تتمتع هذه المكنسة الكهربائية الفضائية بقوة جاذبية هائلة وهي قادرة على امتصاص مجرة ​​بأكملها مع جميع العناقيد والمجموعات الفائقة من النجوم والسدم و المادة المظلمةفضلاً عن ذلك. كيف يكون هذا ممكنا؟ لا يسعنا إلا أن نخمن. إن قوانين الفيزياء المعروفة لنا في هذه الحالة متفجرة في طبقاتها ولا تقدم تفسيرا للعمليات التي تحدث. جوهر المفارقة هو أنه في جزء معين من الكون يتم تحديد تفاعل الجاذبية للأجسام من خلال كتلتها. لا تتأثر عملية امتصاص كائن لآخر بنوعيته و التكوين الكمي. وبعد أن تصل الجسيمات إلى عدد حرج في منطقة معينة، تدخل إلى مستوى آخر من التفاعل، حيث تصبح قوى الجاذبية قوى جذب. يبدأ الجسم أو الجسم أو المادة أو المادة في الضغط تحت تأثير الجاذبية، ليصل إلى كثافة هائلة.

تحدث عمليات مماثلة تقريبًا أثناء تكوين نجم نيوتروني، حيث يتم ضغط المادة النجمية في الحجم تحت تأثير الجاذبية الداخلية. تتحد الإلكترونات الحرة مع البروتونات لتكوين جسيمات متعادلة كهربائيًا - النيوترونات. كثافة هذه المادة هائلة. جسيم من المادة بحجم قطعة من السكر المكرر يزن مليارات الأطنان. ومن المناسب هنا التذكير بالنظرية النسبية العامة، حيث المكان والزمان كميتان متصلتان. وبالتالي، لا يمكن إيقاف عملية الضغط في منتصف الطريق، وبالتالي ليس لها حدود.

من المحتمل أن يبدو الثقب الأسود وكأنه ثقب قد يكون هناك انتقال من جزء من الفضاء إلى آخر. في الوقت نفسه، تتغير خصائص المكان والزمان نفسها، وتتحول إلى قمع الزمكان. عند الوصول إلى قاع هذا القمع، تتحلل أي مادة إلى كمات. ماذا يوجد على الجانب الآخر من الثقب الأسود، هذا الثقب العملاق؟ ربما هناك مساحة أخرى تنطبق عليها قوانين أخرى ويتدفق الوقت في الاتجاه المعاكس.

في سياق النظرية النسبية، تبدو نظرية الثقب الأسود هكذا. إن النقطة في الفضاء التي ضغطت فيها قوى الجاذبية أي مادة إلى أحجام مجهرية لها قوة جذب هائلة، يزداد حجمها إلى ما لا نهاية. تظهر طية من الزمن، وينحني الفضاء، وينغلق عند نقطة واحدة. الأجسام التي يبتلعها الثقب الأسود غير قادرة على مقاومة قوة السحب لهذه المكنسة الكهربائية الوحشية بشكل مستقل. وحتى سرعة الضوء التي تمتلكها الكميات لا تسمح للجسيمات الأولية بالتغلب على قوة الجاذبية. أي جسم يصل إلى مثل هذه النقطة يتوقف عن أن يكون جسمًا ماديًا، ويندمج مع فقاعة الزمكان.

الثقوب السوداء من وجهة نظر علمية

إذا سألت نفسك كيف تتشكل الثقوب السوداء؟ لن تكون هناك إجابة واضحة. هناك الكثير من المفارقات والتناقضات في الكون والتي لا يمكن تفسيرها من وجهة نظر علمية. ولا تسمح نظرية أينشتاين النسبية إلا بتفسير نظري لطبيعة مثل هذه الأجسام، لكن ميكانيكا الكم والفيزياء صامتة في هذه الحالة.

في محاولة لشرح العمليات التي تحدث مع قوانين الفيزياء، ستبدو الصورة هكذا. جسم يتكون نتيجة لضغط الجاذبية الهائل لجسم كوني ضخم أو فائق الكتلة. هذه العملية لها اسم علمي - انهيار الجاذبية. سمع مصطلح "الثقب الأسود" لأول مرة في الأوساط العلمية عام 1968، عندما حاول عالم الفلك والفيزيائي الأمريكي جون ويلر تفسير حالة انهيار النجوم. وفقا لنظريته، في مكان النجم الضخم الذي تعرض لانهيار الجاذبية، تظهر فجوة مكانية وزمانية، حيث يعمل الضغط المتزايد باستمرار. كل ما يتكون منه النجم يذهب إلى داخل نفسه.

يتيح لنا هذا التفسير أن نستنتج أن طبيعة الثقوب السوداء لا ترتبط بأي حال من الأحوال بالعمليات التي تحدث في الكون. كل ما يحدث داخل هذا الكائن لا ينعكس بأي شكل من الأشكال على المساحة المحيطة بكلمة "لكن" واحدة. قوة الجاذبية للثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنها تحني الفضاء، مما يتسبب في دوران المجرات حول الثقوب السوداء. وعليه يتضح السبب الذي يجعل المجرات تتخذ الشكل الحلزوني. من غير المعروف كم من الوقت ستستغرق مجرة ​​درب التبانة الضخمة لتختفي في هاوية ثقب أسود هائل. والحقيقة المثيرة للاهتمام هي أن الثقوب السوداء يمكن أن تظهر في أي مكان في الفضاء الخارجي، حيث يتم تهيئة الظروف المثالية لذلك. مثل هذه الطية من الزمان والمكان تحيد السرعات الهائلة التي تدور بها النجوم وتتحرك عبر فضاء المجرة. الوقت في الثقب الأسود يتدفق في بعد آخر. وفي هذه المنطقة، لا يمكن تفسير أي قوانين للجاذبية من حيث الفيزياء. وتسمى هذه الحالة بتفرد الثقب الأسود.

لا تظهر الثقوب السوداء أي علامات تعريف خارجية، ويمكن الحكم على وجودها من خلال سلوك الأجسام الفضائية الأخرى التي تتأثر بمجالات الجاذبية. تدور الصورة الكاملة لصراع الحياة والموت على حدود ثقب أسود مغطى بغشاء. يُطلق على سطح القمع الوهمي هذا اسم "أفق الحدث". كل ما نراه حتى هذه الحدود هو ملموس ومادي.

سيناريوهات تشكل الثقب الأسود

من خلال تطوير نظرية جون ويلر، يمكننا أن نستنتج أن سر الثقوب السوداء ليس على الأرجح في طور تكوينها. يحدث تكوين الثقب الأسود نتيجة لانهيار نجم نيوتروني. علاوة على ذلك، يجب أن تتجاوز كتلة هذا الكائن كتلة الشمس بثلاث مرات أو أكثر. يتقلص النجم النيوتروني حتى يصبح ضوءه غير قادر على الهروب من احتضان الجاذبية الضيق. هناك حد للحجم الذي يمكن أن يتقلص إليه النجم، مما يؤدي إلى ولادة ثقب أسود. ويسمى هذا نصف القطر نصف قطر الجاذبية. يجب أن يكون للنجوم الضخمة في المرحلة الأخيرة من تطورها نصف قطر جاذبية يبلغ عدة كيلومترات.

اليوم، تلقى العلماء أدلة غير مباشرة على وجود الثقوب السوداء في عشرات من الأشعة السينية نجوم مزدوجة. لا تحتوي نجوم الأشعة السينية أو النجوم النابضة أو الانفجارات على سطح صلب. بالإضافة إلى أن كتلتها أكبر من كتلة ثلاث شموس. الوضع الحالي للفضاء الخارجي في كوكبة الدجاجة - نجم الأشعة السينية Cygnus X-1، يسمح لنا بتتبع عملية تكوين هذه الأجسام الغريبة.

بناءً على الأبحاث والافتراضات النظرية، يوجد اليوم في العلم أربعة سيناريوهات لتكوين النجوم السوداء:

• انهيار الجاذبية لنجم ضخم في المرحلة الأخيرة من تطوره؛
• انهيار المنطقة الوسطى من المجرة.
• تشكل الثقوب السوداء أثناء الانفجار الكبير؛
• تشكيل الثقوب السوداء الكمومية.

السيناريو الأول هو الأكثر واقعية، لكن عدد النجوم السوداء التي نعرفها اليوم يفوق عدد النجوم النيوترونية المعروفة. وعمر الكون ليس كبيرا لدرجة أن مثل هذا العدد من النجوم الضخمة يمكن أن يمر عبره عملية كاملةتطور.

السيناريو الثاني له الحق في الحياة، وهو موجود مثال ساطع- الثقب الأسود الهائل القوس A*، الموجود في وسط مجرتنا. تبلغ كتلة هذا الجسم 3.7 كتلة شمسية. آلية هذا السيناريو مشابهة لسيناريو انهيار الجاذبية، مع الفارق الوحيد أنه ليس النجم هو الذي ينهار، بل الغاز بين النجوم. تحت تأثير قوى الجاذبية، يتم ضغط الغاز إلى كتلة وكثافة حرجة. وفي لحظة حرجة، تتفكك المادة إلى كمات، مكونة ثقبًا أسود. ومع ذلك، فإن هذه النظرية موضع شك، حيث حدد علماء الفلك في جامعة كولومبيا مؤخرًا أقمارًا صناعية للثقب الأسود Sagittarius A*. وتبين أنها عبارة عن العديد من الثقوب السوداء الصغيرة، والتي ربما تكونت بطريقة مختلفة.

أما السيناريو الثالث فهو أكثر نظرية ويرتبط بوجود نظرية الانفجار الكبير. في لحظة تكوين الكون، تعرض جزء من المادة ومجالات الجاذبية للتقلبات. بمعنى آخر، اتخذت العمليات مسارًا مختلفًا، لا علاقة له بالعمليات المعروفة في ميكانيكا الكم والفيزياء النووية.

السيناريو الأخير موجه نحو الفيزياء انفجار نووي. في كتل المادة، أثناء التفاعلات النووية تحت تأثير قوى الجاذبية، يحدث انفجار، يتشكل في مكانه ثقب أسود. تنفجر المادة إلى الداخل، وتمتص جميع الجزيئات.

وجود وتطور الثقوب السوداء

إن الحصول على فكرة تقريبية عن طبيعة مثل هذه الأجسام الفضائية الغريبة، أمر آخر مثير للاهتمام. ما هو الحجم الحقيقي للثقوب السوداء وما مدى سرعة نموها؟ يتم تحديد أحجام الثقوب السوداء من خلال نصف قطر جاذبيتها. بالنسبة للثقوب السوداء، يتم تحديد نصف قطر الثقب الأسود من خلال كتلته ويسمى نصف قطر شفارتزشيلد. على سبيل المثال، إذا كان جسم ما له كتلة تساوي كتلة كوكبنا، فإن نصف قطر شوارزشيلد في هذه الحالة هو 9 ملم. نجمنا الرئيسي يبلغ نصف قطره 3 كم. إن متوسط ​​كثافة الثقب الأسود الذي يتشكل مكان نجم كتلته 10⁸ كتلة شمسية سيكون قريبًا من كثافة الماء. سيكون نصف قطر هذا التكوين 300 مليون كيلومتر.

ومن المرجح أن مثل هذه الثقوب السوداء العملاقة تقع في مراكز المجرات. حتى الآن، هناك 50 مجرة ​​معروفة، في وسطها توجد آبار زمنية ومكانية ضخمة. تبلغ كتلة هؤلاء العمالقة مليارات كتلة الشمس. لا يمكن للمرء إلا أن يتخيل قوة الجذب الهائلة والوحشية التي يتمتع بها مثل هذا الثقب.

أما الثقوب الصغيرة فهي أجسام صغيرة يصل نصف قطرها إلى قيم ضئيلة لا تتجاوز 10¯¹² سم وكتلة هذه الفتات 10¹⁴ جرام. نشأت مثل هذه التكوينات في وقت الانفجار الكبير، ولكن مع مرور الوقت زاد حجمها وتتباهى اليوم في الفضاء الخارجي كالوحوش. يحاول العلماء الآن إعادة خلق الظروف التي تشكلت فيها الثقوب السوداء الصغيرة في الظروف الأرضية. ولهذه الأغراض، يتم إجراء التجارب في مصادمات الإلكترون، والتي من خلالها يتم تسريع الجسيمات الأولية إلى سرعة الضوء. أتاحت التجارب الأولى الحصول على بلازما كوارك غلوون في ظروف معملية - وهي المادة التي كانت موجودة في فجر تكوين الكون. تتيح لنا مثل هذه التجارب أن نأمل أن يكون وجود ثقب أسود على الأرض مجرد مسألة وقت. أما ما إذا كان مثل هذا الإنجاز سيتحول إلى أمر مختلف فهذه مسألة أخرى. علم الانسانكارثة علينا وعلى كوكبنا. من خلال إنشاء ثقب أسود اصطناعي، يمكننا فتح صندوق باندورا.

أتاحت الملاحظات الحديثة للمجرات الأخرى للعلماء اكتشاف ثقوب سوداء تتجاوز أبعادها كل التوقعات والافتراضات التي يمكن تخيلها. يتيح لنا التطور الذي يحدث مع مثل هذه الأجسام أن نفهم بشكل أفضل سبب نمو كتلة الثقوب السوداء وما هو حدها الحقيقي. وخلص العلماء إلى أن جميع الثقوب السوداء المعروفة وصلت إلى حجمها الفعلي خلال 13 إلى 14 مليار سنة. يرجع الاختلاف في الحجم إلى كثافة المساحة المحيطة. إذا كان لدى الثقب الأسود ما يكفي من الغذاء في متناول قوى جاذبيته، فإنه ينمو بسرعة كبيرة، ليصل إلى كتلة مئات أو آلاف كتلة الشمس. ومن هنا الحجم الهائل لهذه الأجسام الموجودة في وسط المجرات. توفر مجموعة ضخمة من النجوم وكتل ضخمة من الغاز بين النجوم غذاءً وفيرًا للنمو. عندما تندمج المجرات، يمكن للثقوب السوداء أن تندمج معًا لتشكل جسمًا فائق الكتلة جديدًا.

انطلاقًا من تحليل العمليات التطورية، من المعتاد التمييز بين فئتين من الثقوب السوداء:

• الأجسام التي تبلغ كتلتها 10 أضعاف كتلة الشمس؛
• الأجسام الضخمة التي تبلغ كتلتها مئات الآلاف والمليارات من كتلة الشمس.

وهناك ثقوب سوداء متوسطة الكتلة تساوي 100-10 آلاف كتلة شمسية، لكن طبيعتها لا تزال مجهولة. يوجد تقريبًا كائن واحد من هذا القبيل في كل مجرة. أتاحت دراسة نجوم الأشعة السينية العثور على ثقبين أسودين متوسطي الكتلة على مسافة 12 مليون سنة ضوئية في المجرة M82. تتراوح كتلة الجسم الواحد بين 200-800 كتلة شمسية. والجسم الآخر أكبر بكثير وتبلغ كتلته 10-40 ألف كتلة شمسية. مصير مثل هذه الأشياء مثير للاهتمام. وهي تقع بالقرب من مجموعات النجوم، وتنجذب تدريجيا إلى الثقب الأسود الهائل الموجود في الجزء المركزي من المجرة.

كوكبنا والثقوب السوداء

على الرغم من البحث عن أدلة حول طبيعة الثقوب السوداء، العالم العلميمخاوف بشأن مكان ودور الثقب الأسود في مصير مجرة ​​درب التبانة، وعلى وجه الخصوص، في مصير كوكب الأرض. طية الزمان والمكان الموجودة في المركز درب التبانةيمتص تدريجياً جميع الأشياء الموجودة حوله. لقد تم بالفعل ابتلاع ملايين النجوم وتريليونات الأطنان من الغاز بين النجوم في الثقب الأسود. وبمرور الوقت، سيأتي الدور إلى ذراعي الدجاجة والقوس، حيث يقع النظام الشمسي، ويغطي مسافة 27 ألف سنة ضوئية.

ويقع أقرب ثقب أسود هائل آخر في الجزء الأوسط من مجرة ​​المرأة المسلسلة. ويبعد عنا حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية. من المحتمل، قبل أن يبتلع جسمنا القوس A* مجرته، يجب أن نتوقع اندماج مجرتين متجاورتين. وبناءً على ذلك، سيندمج ثقبان أسودان هائلان في ثقب واحد رهيب ووحشي الحجم.

أما الثقوب السوداء الصغيرة فهي مسألة مختلفة تمامًا. لابتلاع كوكب الأرض، يكفي وجود ثقب أسود يبلغ نصف قطره بضعة سنتيمترات. المشكلة هي أن الثقب الأسود، بطبيعته، هو جسم عديم الوجه تمامًا. لا ينبعث أي إشعاع أو إشعاع من بطنه، لذلك من الصعب جدًا ملاحظة مثل هذا الجسم الغامض. فقط من مسافة قريبة يمكنك اكتشاف انحناء ضوء الخلفية، مما يشير إلى وجود ثقب في الفضاء في هذه المنطقة من الكون.

حتى الآن، حدد العلماء أن أقرب ثقب أسود إلى الأرض هو الجسم V616 Monocerotis. يقع الوحش على بعد 3000 سنة ضوئية من نظامنا. وهو تكوين كبير الحجم، كتلته 9-13 كتلة شمسية. هناك جسم آخر قريب يشكل تهديدًا لعالمنا وهو الثقب الأسود Gygnus X-1. تفصلنا عن هذا الوحش مسافة 6000 سنة ضوئية. الثقوب السوداء المكتشفة في حينا هي جزء من نظام ثنائي، أي. توجد على مقربة من النجم الذي يغذي الجسم النهم.

خاتمة

إن وجود أجسام غامضة وغامضة في الفضاء مثل الثقوب السوداء يجبرنا بالتأكيد على توخي الحذر. ومع ذلك، فإن كل ما يحدث للثقوب السوداء نادرًا ما يحدث، نظرًا لعمر الكون والمسافات الشاسعة. لمدة 4.5 مليار سنة، كان النظام الشمسي في حالة راحة، موجود وفقا للقوانين المعروفة لنا. خلال هذا الوقت، لا شيء مثل هذا، لا تشويه للمكان، لا طي للزمن قريب النظام الشمسيلم تظهر. ربما لا توجد ظروف مناسبة لذلك. الجزء من مجرة ​​درب التبانة الذي يتواجد فيه نظام نجم الشمس هو منطقة فضائية هادئة ومستقرة.

يعترف العلماء أن ظهور الثقوب السوداء ليس من قبيل الصدفة. تلعب مثل هذه الأشياء دور النظام في الكون، مما يؤدي إلى تدمير الأجسام الكونية الزائدة. أما مصير الوحوش نفسها، فلم يتم بعد دراسة تطورها بشكل كامل. هناك نسخة مفادها أن الثقوب السوداء ليست أبدية وفي مرحلة معينة قد تتوقف عن الوجود. لم يعد سرا أن مثل هذه الأشياء تمثل أقوى المصادرطاقة. أي نوع من الطاقة وكيف يتم قياسها هو أمر آخر.

من خلال جهود ستيفن هوكينج، تم تقديم النظرية للعلم بأن الثقب الأسود لا يزال يبعث الطاقة بينما يفقد كتلته. في افتراضاته، يسترشد العالم بالنظرية النسبية، حيث تكون جميع العمليات مترابطة مع بعضها البعض. لا شيء يختفي دون أن يظهر في مكان آخر. يمكن لأي مادة أن تتحول إلى مادة أخرى، مع انتقال نوع من الطاقة إلى مستوى طاقة آخر. قد يكون هذا هو الحال مع الثقوب السوداء، التي تعتبر بمثابة بوابة انتقال من حالة إلى أخرى.

إذا كان لديك أي أسئلة، اتركها في التعليقات أسفل المقال. سنكون سعداء نحن أو زوارنا بالرد عليهم

سجل علماء الفيزياء الفلكية أطول موت لنجم في ثقب أسود في تاريخ الملاحظات بأكمله - حيث تجاوزت مدة العملية الحالات المماثلة بأكثر من 10 مرات. الحقيقة انه الثقب الأسوديمتص نجما ضعف كتلة الشمس. وفقا للعلماء، أثناء المراقبة النشطة للكون، لوحظ لأول مرة وفاة مثل هذا النجم الكبير في ثقب أسود. اقرأ عما إذا كانت العملية المكتشفة يمكن أن تلقي الضوء على تشكل الثقوب السوداء ذات الكتلة الهائلة بعد مليار سنة من نشأة الكون.

• موت نجم بالقرب من الثقب الأسود XJ1500+0154 كما يتخيله أحد الفنانين. في الأسفل توجد صورة لما يحدث: في الطيف المرئي (يسار)، في نطاق الأشعة السينية
• nasa.gov

عشوائي افتتاح

تم تسجيل هذه العملية من قبل مجموعة دولية من العلماء، بقيادة داشين لين من الفضاء المركز العلميجامعة نيو هامبشاير. استغرقت أحداث مماثلة في ذاكرة العلماء حوالي عام كحد أقصى، في حين أن العملية التي تحدث في الثقب الأسود والتي تسمى XJ1500+0154 بدأت في عام 2005. وتمزق النجم، الذي مات تحت تأثير قوى المد والجزر، ويستمر ثقب أسود هائل في امتصاص بقاياه.

لاحظ علماء الفيزياء الفلكية بالصدفة إشعاعات الأشعة السينية المنبعثة من شظايا نجم تم تسخينه إلى ملايين الدرجات باستخدام تلسكوب XMM-Newton الفضائي. في تلك اللحظة، كانوا يدرسون مجموعة مجرات تسمى NGC 5813 في كوكبة العذراء، على بعد 105 مليون سنة ضوئية من الأرض. جذب الإشعاع القوي انتباه العلماء في مرحلة تحليل صور NGC 5813. وفي عام 2008، سجل تلسكوب شاندرا أن شدة إشعاع جسم ظهر بالصدفة في الصورة وكان أبعد بكثير عن العنقود المجري يجري تجاوزت الدراسة القيم المسجلة الأولى بمقدار 100 مرة. وفي السنوات اللاحقة، بما في ذلك عامي 2014 و2016، تلقى تلسكوب سويفت بيانات إضافية.

الشيء الرئيسي هو تناول الطعام بشكل صحيح

وقال جيمس جيلوشون من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية: "إن الجسم ينمو بسرعة في معظم الأوقات التي تتم ملاحظته". "هذا يشير إلى شيء غير عادي: الثقب الأسود يبتلع نجمًا تبلغ كتلته ضعف كتلة الشمس."

وفقا للعلماء، أثناء المراقبة النشطة للكون، لوحظ لأول مرة وفاة مثل هذا النجم الكبير في ثقب أسود.

بالإضافة إلى ذلك، لاحظ الباحثون أن إشعاعات الأشعة السينية المسجلة تتجاوز بانتظام الحدود المسموح بها لما يسمى بحد إدينغتون. تشير هذه المعلمة إلى نسبة المادة الساخنة المنبعثة وقوة الجاذبية التي تجذب المادة إلى مركز الجسم. واستنادا إلى كيفية انهيار هذه العلاقة حول الثقب الأسود المرصود، توصل علماء الفيزياء الفلكية إلى استنتاج مفاده أنه ينمو بشكل أسرع مما كان يعتبر طبيعيا. وفقا لهم، بطريقة مماثلةمن الممكن أن تظهر الثقوب السوداء الهائلة بعد مليار سنة فقط من تشكل الكون. وهذا استنتاج مهم، حيث تم بالفعل تسجيل الأجسام القديمة ذات الكتلة الهائلة - أكبر بمليارات المرات من الشمس - ولكن أصلها غير واضح تمامًا.

منذ التسعينيات، لاحظ علماء الفلك بشكل متكرر اضمحلال نجم وامتصاصه بواسطة ثقب أسود. في هذه العملية، تحت تأثير قوة الجاذبية لجسم ضخم، ينقسم النجم إلى شظايا. يتم توزيع المادة التي تتكون منها على شكل قرص مسطح. يمتص الثقب الأسود معظمه، وينتشر الباقي في الفضاء.

في الحالة المسجلة، بالإضافة إلى موت نجم ضخم، هناك خيار آخر لا يقل إثارة للاهتمام. وإذا اقترب نجم ذو حجم أكثر تواضعًا من الثقب الأسود وتفكك تمامًا، فسيكون التأثير المرصود هو نفسه. عادة لا يحدث الامتصاص الكامل، لذلك يمكن رؤية هذا الحدث لأول مرة في استكشاف الفضاء.

آخر الأشعة السينية

يتزامن موقع الثقب الأسود، والذي تم وصفه على سبيل المزاح بالأكثر شرهًا على الإطلاق، مع الموقع المفترض لجسم كوني ذي كتلة هائلة في وسط مجرة ​​صغيرة حيث يحدث تكوين النجوم بشكل نشط. من الواضح أنه ليست هناك حاجة للحديث عن صور تفصيلية لما يحدث على مسافة من الأرض - 1.8 مليار سنة ضوئية. إلا أن فنانين قدموا رؤيتهم لموت نجم ضخم بسبب ثقب أسود.

وفي السنوات القليلة المقبلة، يتوقع الخبراء انخفاضًا في شدة الإشعاع: ستنفد شظايا النجم الضخم التي تغذي الثقب الأسود. وبعضهم سوف يتبدد في الفضاء. يلاحظ علماء الفيزياء الفلكية أن الإشعاع قد بدأ بالفعل في الانخفاض، لكن الكائن لا يزال يحتفظ بسطوع لا يصدق.

وكما ذكر الباحثون، فإنهم، بعد معرفتهم بإمكانية إجراء عمليات بالخصائص التي تم تحديدها، سيبدأون في البحث عن حالات مماثلة. ومع ذلك، لاحظوا أنهم سيستمرون في مراقبة XJ1500+0154. أولاً، سيكونون قادرين على تتبع التغيرات في الإشعاع، والتي يتوقعون أنها ستستمر لمدة 10 سنوات تقريبًا. ثانياً، لا تزال استنتاجاتهم بحاجة إلى مزيد من التحقق.

الثقوب السوداء هي الأجسام الكونية الوحيدة القادرة على جذب الضوء عن طريق الجاذبية. وهي أيضًا أكبر الأجسام في الكون. ومن غير المرجح أن نعرف ما الذي يحدث بالقرب من أفق الحدث (المعروف باسم "نقطة اللاعودة") في أي وقت قريب. هذه هي الأكثر أماكن غامضةعالمنا الذي، على الرغم من عقود من البحث، لا يزال يعرف عنه القليل جدا. تحتوي هذه المقالة على 10 حقائق يمكن وصفها بأنها الأكثر إثارة للاهتمام.

الثقوب السوداء لا تمتص المادة إلى نفسها

يتخيل الكثير من الناس الثقب الأسود كنوع من "المكنسة الكهربائية الفضائية" التي ترسم في الفضاء المحيط. في الواقع، الثقوب السوداء هي أجسام فضائية عادية تتمتع بمجال جاذبية قوي بشكل استثنائي.

ولو نشأ ثقب أسود بنفس الحجم مكان الشمس، لما انجذبت الأرض إليه، لكانت تدور في نفس المدار الذي تدور فيه اليوم. تفقد النجوم الموجودة بجوار الثقوب السوداء جزءًا من كتلتها على شكل رياح نجمية (يحدث هذا أثناء وجود أي نجم) وتمتص الثقوب السوداء هذه المادة فقط.

لقد تنبأ كارل شوارزشيلد بوجود الثقوب السوداء

كان كارل شوارزشيلد أول من استخدم النظرية النسبية العامة لأينشتاين لإثبات وجود "نقطة اللاعودة". ولم يفكر أينشتاين نفسه في الثقوب السوداء، رغم أن نظريته تتنبأ بوجودها.

قدم شوارزشيلد اقتراحه في عام 1915، مباشرة بعد أن نشر أينشتاين نظريته النسبية العامة. في ذلك الوقت، نشأ مصطلح "نصف قطر شفارتزشيلد" - وهي قيمة توضح مقدار الضغط الذي سيتعين عليك ضغطه على جسم ما حتى يصبح ثقبًا أسود.

من الناحية النظرية، يمكن لأي شيء أن يصبح ثقبًا أسود إذا تم ضغطه بدرجة كافية. كلما كان الجسم أكثر كثافة، كلما كان مجال الجاذبية الذي يخلقه أقوى. على سبيل المثال، ستصبح الأرض ثقبًا أسودًا إذا كانت كتلتها تساوي حجم حبة الفول السوداني.

يمكن للثقوب السوداء أن تولد أكوانًا جديدة

إن فكرة أن الثقوب السوداء يمكن أن تولد أكوانًا جديدة تبدو سخيفة (خاصة أننا لا نزال غير متأكدين من وجود أكوان أخرى). ومع ذلك، يتم تطوير هذه النظريات بنشاط من قبل العلماء.

نسخة مبسطة للغاية من إحدى هذه النظريات هي كما يلي. يتمتع عالمنا بظروف مواتية للغاية لظهور الحياة فيه. فلو تغير أي من الثوابت الفيزيائية ولو قليلاً، لما كنا موجودين في هذا العالم. إن تفرد الثقوب السوداء يلغي قوانين الفيزياء المعتادة ويمكن (بحسب على الأقل(من الناحية النظرية) لتولد عالمًا جديدًا سيكون مختلفًا عن عالمنا.

يمكن للثقوب السوداء أن تحولك (وأي شيء آخر) إلى معكرونة

تقوم الثقوب السوداء بتمديد الأجسام القريبة منها. تبدأ هذه الأشياء في تشبه السباغيتي (حتى أن هناك مصطلحًا خاصًا - "تحويل السباغيتي").

يحدث هذا بسبب الطريقة التي تعمل بها الجاذبية. في حالياًقدميك أقرب إلى مركز الأرض من رأسك، لذلك تنجذبان بقوة أكبر. على سطح الثقب الأسود، يبدأ الاختلاف في الجاذبية في العمل ضدك. تنجذب الأرجل إلى مركز الثقب الأسود بشكل أسرع فأسرع، بحيث لا يستطيع النصف العلوي من الجسم مواكبتها. النتيجة: السباغيتي!

تتبخر الثقوب السوداء مع مرور الوقت

لا تمتص الثقوب السوداء الرياح النجمية فحسب، بل تتبخر أيضًا. تم اكتشاف هذه الظاهرة عام 1974 وسميت بإشعاع هوكينج (نسبة إلى ستيفن هوكينج الذي قام بالاكتشاف).

وبمرور الوقت، يمكن للثقب الأسود أن يطلق كل كتلته في الفضاء المحيط به مع هذا الإشعاع ويختفي.

تعمل الثقوب السوداء على إبطاء الزمن بالقرب منها

ومع اقترابك من أفق الحدث، يتباطأ الوقت. لفهم سبب حدوث ذلك، نحتاج إلى إلقاء نظرة على "مفارقة التوأم"، وهي تجربة فكرية تستخدم غالبًا لتوضيح المبادئ الأساسية لنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

يبقى أحد الأخوين التوأم على الأرض، والثاني يطير إليها رحلة فضائية، تتحرك بسرعة الضوء. بالعودة إلى الأرض، يكتشف التوأم أن شقيقه قد تقدم في السن أكثر منه لأن الوقت يتحرك بشكل أبطأ عند السفر بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

عندما تقترب من أفق الحدث للثقب الأسود، ستتحرك بسرعة عالية بحيث يتباطأ الزمن بالنسبة لك.

الثقوب السوداء هي أنظمة الطاقة الأكثر تقدما

تولد الثقوب السوداء طاقة أفضل من الشمس والنجوم الأخرى. وذلك بسبب المادة التي تدور حولهم. عند التغلب على أفق الحدث بسرعة هائلة، ترتفع درجة حرارة المادة الموجودة في مدار الثقب الأسود إلى درجات حرارة عالية للغاية. درجات حرارة عالية. وهذا ما يسمى إشعاع الجسم الأسود.

وعلى سبيل المقارنة، فإن الاندماج النووي يحول 0.7% من المادة إلى طاقة. بالقرب من الثقب الأسود تتحول 10% من المادة إلى طاقة!

الثقوب السوداء تحني الفضاء من حولها

يمكن اعتبار الفضاء بمثابة صفيحة مطاطية ممتدة عليها خطوط مرسومة عليها. إذا قمت بوضع كائن على السجل، فسوف يتغير شكله. تعمل الثقوب السوداء بنفس الطريقة. كتلتها القصوى تجذب كل شيء، بما في ذلك الضوء (ويمكن أن نطلق على أشعتها، لمواصلة التشبيه، خطوط على لوحة).

الثقوب السوداء تحد من عدد النجوم في الكون

تنشأ النجوم من السحب الغازية. لكي يبدأ تشكل النجوم، يجب أن تبرد السحابة.

يمنع الإشعاع الصادر عن الأجسام السوداء سحب الغاز من التبريد ويمنع ظهور النجوم.

من الناحية النظرية، يمكن لأي جسم أن يصبح ثقبًا أسود

الفرق الوحيد بين شمسنا والثقب الأسود هو قوة الجاذبية. وفي مركز الثقب الأسود يكون أقوى بكثير مما هو عليه في مركز النجم. إذا تم ضغط شمسنا إلى حوالي خمسة كيلومترات، فمن الممكن أن تكون ثقبًا أسود.

من الناحية النظرية، يمكن لأي شيء أن يتحول إلى ثقب أسود. ومن الناحية العملية، نعلم أن الثقوب السوداء تنشأ فقط نتيجة لانهيار النجوم الضخمة التي تتجاوز كتلة الشمس 20-30 مرة.