يعتمد صدى الراديو للثقب الأسود على معدل امتصاص النجم الممزق. وصف العلماء ثلاثة سيناريوهات لامتصاص ثقب أسود للأرض

الكون اللامتناهي مليء بالأسرار والألغاز والمفارقات. على الرغم من حقيقة أن العلم الحديث قد حقق قفزة هائلة إلى الأمام في استكشاف الفضاء ، إلا أن الكثير في هذا العالم اللامتناهي لا يزال غير مفهوم من منظور الإنسان للعالم. نحن نعرف الكثير عن النجوم والسدم والعناقيد والكواكب. ومع ذلك ، في اتساع الكون توجد مثل هذه الأشياء ، لا يمكننا إلا تخمين وجودها. على سبيل المثال ، لا نعرف سوى القليل جدًا عن الثقوب السوداء. تستند المعلومات الأساسية والمعرفة حول طبيعة الثقوب السوداء إلى الافتراضات والتخمينات. كافح علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الذرة لحل هذه المشكلة لأكثر من اثني عشر عامًا. ما هو الثقب الأسود في الفضاء؟ ما هي طبيعة هذه الأشياء؟

الحديث عن الثقوب السوداء بعبارات بسيطة

لتخيل شكل الثقب الأسود ، يكفي رؤية ذيل قطار يغادر النفق. ستنخفض أضواء الإشارة في العربة الأخيرة ، مع تعمق القطار في النفق ، في الحجم حتى تختفي تمامًا من مجال الرؤية. بمعنى آخر ، هذه أشياء يختفي فيها الضوء بسبب جاذبيتها الوحشية. الجسيمات الأولية والإلكترونات والبروتونات والفوتونات غير قادرة على التغلب على الحاجز غير المرئي ، فهي تسقط في الهاوية السوداء من العدم ، لذلك يسمى هذا الثقب في الفضاء بالأسود. لا توجد أدنى نقطة مضيئة بداخلها ، السواد المطلق واللانهاية. ما يوجد على الجانب الآخر من الثقب الأسود غير معروف.

تتمتع هذه المكنسة الكهربائية الفضائية بجاذبية هائلة وهي قادرة على ابتلاع مجرة ​​بأكملها مع كل العناقيد والتجمعات العملاقة من النجوم ، مع السدم والمادة المظلمة للتمهيد. كيف يكون هذا ممكنا؟ يمكن للمرء أن يخمن فقط. قوانين الفيزياء المعروفة لنا في هذه الحالة تنفجر في اللحامات ولا تقدم تفسيرًا للعمليات الجارية. يكمن جوهر التناقض في حقيقة أنه في منطقة معينة من الكون ، يتم تحديد تفاعل الجاذبية للأجسام من خلال كتلتها. لا تتأثر عملية الامتصاص من قبل كائن لآخر بتكوينها النوعي والكمي. بعد أن وصلت الجسيمات إلى قدر حرج في منطقة معينة ، تدخل مستوى آخر من التفاعل ، حيث تصبح قوى الجاذبية قوى جذب. يبدأ جسم أو جسم أو مادة أو مادة تحت تأثير الجاذبية في الانكماش ، لتصل إلى كثافة هائلة.

تحدث مثل هذه العمليات تقريبًا أثناء تكوين نجم نيوتروني ، حيث يتم ضغط المادة النجمية في الحجم تحت تأثير الجاذبية الداخلية. تتحد الإلكترونات الحرة مع البروتونات لتكوين جسيمات محايدة كهربائيًا - نيوترونات. كثافة هذه المادة هائلة. إن ذرة من المادة بحجم كتلة السكر المكرر تزن بلايين الأطنان. هنا سيكون من المناسب تذكر النظرية العامة للنسبية ، حيث المكان والزمان كميات مستمرة. وبالتالي ، لا يمكن إيقاف عملية الضغط في منتصف الطريق وبالتالي ليس لها حد.

من المحتمل أن الثقب الأسود يشبه الثقب ، حيث قد يكون هناك انتقال من قطعة من الفضاء إلى أخرى. في الوقت نفسه ، تتغير خصائص المكان والزمان بحد ذاته ، وتدور في دوامة الزمكان. عند الوصول إلى قاع هذا القمع ، تتفكك أي مادة إلى كوانتا. ماذا يوجد على الجانب الآخر من الثقب الأسود ، هذا الثقب العملاق؟ ربما هناك مساحة أخرى حيث تعمل القوانين الأخرى ويتدفق الوقت في الاتجاه المعاكس.

في سياق نظرية النسبية ، تبدو نظرية الثقب الأسود هكذا. النقطة في الفضاء ، حيث ضغطت قوى الجاذبية أي مادة إلى أحجام مجهرية ، لها قوة جذب هائلة ، يزداد حجمها إلى ما لا نهاية. يظهر طي الوقت ، والمسافة منحنية ، وتغلق عند نقطة واحدة. الأجسام التي يبتلعها الثقب الأسود غير قادرة على تحمل قوة سحب هذه المكنسة الكهربائية الوحشية من تلقاء نفسها. حتى سرعة الضوء التي تمتلكها الكميات لا تسمح للجسيمات الأولية بالتغلب على قوة الجاذبية. أي جسم يصطدم بمثل هذه النقطة لم يعد شيئًا ماديًا ، يندمج مع فقاعة الزمكان.

الثقوب السوداء من وجهة نظر العلم

عندما يُسأل ، كيف تتشكل الثقوب السوداء؟ لن تكون هناك إجابة محددة. هناك العديد من المفارقات والتناقضات في الكون لا يمكن تفسيرها من وجهة نظر العلم. تسمح نظرية النسبية لأينشتاين فقط بشرح نظري لطبيعة مثل هذه الأشياء ، لكن ميكانيكا الكم والفيزياء صامتتان في هذه الحالة.

في محاولة لشرح العمليات التي تحدث بواسطة قوانين الفيزياء ، ستبدو الصورة هكذا. جسم يتكون نتيجة ضغط الجاذبية الهائل لجسم فضائي هائل أو فائق الكتلة. هذه العملية تسمى علميا انهيار الجاذبية. ظهر مصطلح "الثقب الأسود" لأول مرة في المجتمع العلمي في عام 1968 ، عندما حاول الفلكي والفيزيائي الأمريكي جون ويلر شرح حالة الانهيار النجمي. وفقًا لنظريته ، بدلاً من نجم هائل خضع لانهيار الجاذبية ، تنشأ فجوة مكانية وزمنية ، يعمل فيها ضغط متزايد باستمرار. كل ما يتألف منه النجم يذهب إلى نفسه.

يسمح لنا هذا التفسير باستنتاج 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 الفضاء المحيط بواحد "ولكن". جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا لدرجة أنها تنحني الفضاء ، مما يجبر المجرات على الدوران حول الثقوب السوداء. وفقًا لذلك ، يتضح سبب اتخاذ المجرات شكل الحلزونات. كم من الوقت ستستغرق مجرة ​​درب التبانة الضخمة لتختفي في هاوية ثقب أسود هائل غير معروف. حقيقة مثيرة للاهتمام هي أن الثقوب السوداء يمكن أن تظهر في أي مكان في الفضاء الخارجي ، حيث يتم خلق الظروف المثالية لذلك. مثل هذا الطي في الزمان والمكان يحيد السرعات الهائلة التي تدور بها النجوم وتتحرك في فضاء المجرة. يتدفق الوقت في الثقب الأسود في بُعد آخر. في هذه المنطقة ، لا يمكن تفسير أي من قوانين الجاذبية من وجهة نظر الفيزياء. هذه الحالة تسمى تفرد الثقب الأسود.

لا تظهر الثقوب السوداء أي علامات تعريف خارجية ؛ يمكن الحكم على وجودها من خلال سلوك الأجسام الفضائية الأخرى ، والتي تتأثر بمجالات الجاذبية. تدور الصورة الكاملة لصراع الحياة والموت على حدود ثقب أسود مغطى بغشاء. يسمى هذا السطح التخيلي للقمع "أفق الحدث". كل ما نراه حتى هذه الحدود هو ملموس ومادي.

سيناريوهات تكوين الثقوب السوداء

عند تطوير نظرية جون ويلر ، يمكننا أن نستنتج أن سر الثقوب السوداء ربما لا يكون في طور تكوينه. يحدث تكوين الثقب الأسود نتيجة لانهيار نجم نيوتروني. علاوة على ذلك ، يجب أن تتجاوز كتلة مثل هذا الجسم كتلة الشمس بثلاث مرات أو أكثر. يتقلص النجم النيوتروني حتى يصبح ضوءه غير قادر على الهروب من الاحتضان الضيق لقوة الجاذبية. هناك حد للحجم الذي يمكن أن يتقلص به النجم ، مما يؤدي إلى إنشاء ثقب أسود. هذا الشعاع يسمى نصف قطر الجاذبية. يجب أن يكون للنجوم الضخمة في المرحلة النهائية من تطورها نصف قطر جاذبية يبلغ عدة كيلومترات.

اليوم ، حصل العلماء على أدلة ظرفية على وجود ثقوب سوداء في دزينة من ثنائيات الأشعة السينية. لا تحتوي نجوم الأشعة السينية أو النجم النابض أو المتفجر على سطح صلب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كتلتها أكبر من كتلة الشمس الثلاثة. الحالة الحالية للفضاء الخارجي في كوكبة Cygnus ، نجمة الأشعة السينية Cygnus X-1 ، تجعل من الممكن تتبع تكوين هذه الأجسام الغريبة.

بناءً على البحث والافتراضات النظرية ، هناك أربعة سيناريوهات لتكوين النجوم السوداء في العلم اليوم:

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

السيناريو الأول هو الأكثر واقعية ، لكن عدد النجوم السوداء التي نعرفها اليوم يفوق عدد النجوم النيوترونية المعروفة. وعمر الكون ليس كبيرًا لدرجة أن مثل هذا العدد من النجوم الضخمة يمكن أن يمر بعملية التطور الكاملة.

السيناريو الثاني له الحق في الحياة ، وهناك مثال حي على ذلك - الثقب الأسود الهائل Sagittarius A * ، الذي يقع في وسط مجرتنا. كتلة هذا الجسم 3.7 كتلة شمسية. آلية هذا السيناريو مشابهة لسيناريو انهيار الجاذبية مع الاختلاف الوحيد أن الانهيار ليس نجمًا ، بل غازًا بين نجميًا. تحت تأثير قوى الجاذبية ، يتم ضغط الغاز إلى كتلة وكثافة حرجين. في لحظة حرجة ، تتحلل المادة إلى كوانتات ، وتشكل ثقبًا أسود. ومع ذلك ، فإن هذه النظرية تثير الشكوك ، حيث أن علماء الفلك في جامعة كولومبيا قد حددوا مؤخرًا الأقمار الصناعية للثقب الأسود Sagittarius A *. لقد تبين أنها كانت عبارة عن العديد من الثقوب السوداء الصغيرة ، والتي ربما تكونت بطريقة أخرى.

السيناريو الثالث هو أكثر نظرية ويرتبط بوجود نظرية الانفجار العظيم. في لحظة تكوين الكون ، خضع جزء من المادة وحقول الجاذبية لتقلبات. بعبارة أخرى ، اتخذت العمليات مسارًا مختلفًا ، لا علاقة له بالعمليات المعروفة لميكانيكا الكم والفيزياء النووية.

السيناريو الأخير يركز على فيزياء الانفجار النووي. في جلطات المادة في عملية التفاعلات النووية تحت تأثير قوى الجاذبية ، يحدث انفجار ، في المكان الذي يتكون فيه ثقب أسود. تنفجر المادة إلى الداخل وتمتص كل الجسيمات.

وجود وتطور الثقوب السوداء

وجود فكرة تقريبية عن طبيعة مثل هذه الأجسام الفضائية الغريبة ، شيء آخر مثير للاهتمام. ما هي الأحجام الحقيقية للثقوب السوداء ، وما مدى سرعة نموها؟ يتم تحديد حجم الثقوب السوداء من خلال نصف قطر جاذبيتها. بالنسبة للثقوب السوداء ، يتم تحديد نصف قطر الثقب الأسود من خلال كتلته ويسمى نصف قطر Schwarzschild. على سبيل المثال ، إذا كان لجسم ما كتلة تساوي كتلة كوكبنا ، فإن نصف قطر شوارزشيلد في هذه الحالة هو 9 ملم. يبلغ نصف قطر نجمنا الرئيسي 3 كيلومترات. متوسط ​​كثافة الثقب الأسود المتكون في مكان نجم كتلته 10 كتلة شمسية سيكون قريبًا من كثافة الماء. سيكون نصف قطر هذا التكوين 300 مليون كيلومتر.

من المحتمل أن مثل هذه الثقوب السوداء العملاقة تقع في وسط المجرات. حتى الآن ، هناك 50 مجرة ​​معروفة ، يوجد في وسطها آبار زمنية ومكانية ضخمة. كتلة هؤلاء العمالقة هي بلايين من كتلة الشمس. لا يسع المرء إلا أن يتخيل قوة الجذب الهائلة والوحشية التي تمتلكها مثل هذه الحفرة.

أما بالنسبة للثقوب الصغيرة ، فهذه أجسام صغيرة يصل نصف قطرها إلى قيم ضئيلة ، فقط 10¯¹² سم ، وكتلة الفتات 10¹⁴gr. نشأت مثل هذه التكوينات في وقت الانفجار العظيم ، لكنها زادت في الحجم بمرور الوقت وهي اليوم تتباهى في الفضاء الخارجي كوحوش. في الظروف التي حدث في ظلها تشكل الثقوب السوداء الصغيرة ، يحاول العلماء اليوم إعادة إنشائها في الظروف الأرضية. لهذه الأغراض ، يتم إجراء التجارب في مصادمات الإلكترونات ، والتي من خلالها يتم تسريع الجسيمات الأولية إلى سرعة الضوء. سمحت التجارب الأولى بالحصول على بلازما كوارك-غلوون في ظروف معملية - وهي المادة التي كانت موجودة في فجر تشكل الكون. تسمح لنا مثل هذه التجارب أن نأمل في أن يكون وجود ثقب أسود على الأرض مسألة وقت. إنها مسألة أخرى ما إذا كان مثل هذا الإنجاز في العلوم الإنسانية سيتحول إلى كارثة لنا ولكوكبنا. من خلال إنشاء ثقب أسود اصطناعي ، يمكننا فتح صندوق باندورا.

سمحت الملاحظات الحديثة للمجرات الأخرى للعلماء باكتشاف الثقوب السوداء ، والتي تتجاوز أحجامها كل التوقعات والافتراضات التي يمكن تخيلها. إن التطور الذي يحدث مع مثل هذه الأجسام يجعل من الممكن فهم سبب نمو كتلة الثقوب السوداء بشكل أفضل ، ما هو حدها الحقيقي. توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن جميع الثقوب السوداء المعروفة قد نمت إلى حجمها الحقيقي في غضون 13-14 مليار سنة. يرجع الاختلاف في الحجم إلى كثافة المساحة المحيطة. إذا كان الثقب الأسود يحتوي على ما يكفي من الطعام في متناول قوى الجاذبية ، فإنه ينمو بسرعة فائقة ، ليصل إلى كتلة مئات وآلاف من الكتل الشمسية. ومن هنا يأتي الحجم الهائل لهذه الأجسام الموجودة في وسط المجرات. مجموعات النجوم الضخمة ، والكتل الهائلة من الغاز بين النجوم هي غذاء وفير للنمو. عندما تندمج المجرات ، يمكن للثقوب السوداء أن تندمج معًا لتشكل جسمًا هائلًا جديدًا.

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

• أجسام كتلتها 10 أضعاف كتلة الشمس ؛
• أجسام ضخمة ، كتلتها مئات الآلاف ، بلايين الكتل الشمسية.

توجد ثقوب سوداء بمتوسط ​​كتلة وسيطة تساوي 100-10 آلاف كتلة شمسية ، لكن طبيعتها لا تزال مجهولة. يوجد كائن واحد تقريبًا في كل مجرة. جعلت دراسة نجوم الأشعة السينية من الممكن العثور على مسافة 12 مليون سنة ضوئية في مجرة ​​M82 في وقت واحد على اثنين من الثقوب السوداء ذات الكتلة المتوسطة. كتلة جسم واحد تختلف في نطاق 200-800 كتلة شمسية. جسم آخر أكبر بكثير وله كتلة من 10-40 ألف كتلة شمسية. مصير مثل هذه الأشياء مثير للاهتمام. تقع بالقرب من مجموعات النجوم ، وتنجذب تدريجيًا إلى ثقب أسود هائل يقع في الجزء المركزي من المجرة.

كوكبنا والثقوب السوداء

على الرغم من البحث عن أدلة حول طبيعة الثقوب السوداء ، فإن العالم العلمي قلق بشأن مكان ودور الثقب الأسود في مصير مجرة ​​درب التبانة ، وعلى وجه الخصوص ، مصير كوكب الأرض. تمتص طية الزمان والمكان الموجودة في مركز درب التبانة تدريجيًا جميع الأشياء من حولها. تم بالفعل ابتلع ملايين النجوم وتريليونات الأطنان من الغاز البينجمي في الثقب الأسود. بمرور الوقت ، سيأتي الدور إلى أحضان Cygnus و Sagittarius ، حيث يقع النظام الشمسي ، بعد أن قطع مسافة 27 ألف سنة ضوئية.

يوجد ثقب أسود فائق الكتلة آخر قريب في الجزء المركزي من مجرة ​​المرأة المسلسلة. يبعد حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية. ربما ، حتى يحين الوقت الذي يبتلع فيه جسمنا القوس A * مجرته ، يجب أن نتوقع اندماج مجرتين متجاورتين. وفقًا لذلك ، سوف يندمج ثقبان أسودان فائقان الكتلة في حجم واحد رهيب وحشي.

الثقوب السوداء الصغيرة هي مسألة مختلفة تمامًا. يكفي ثقب أسود نصف قطره بضعة سنتيمترات لابتلاع كوكب الأرض. تكمن المشكلة في أن الثقب الأسود ، بحكم طبيعته ، هو جسم مجهول تمامًا. لا يصدر أي إشعاع أو إشعاع من رحمها ، لذلك من الصعب جدًا ملاحظة مثل هذا الجسم الغامض. فقط من مسافة قريبة يمكننا اكتشاف انحناء ضوء الخلفية ، مما يشير إلى وجود فجوة في الفضاء في هذه المنطقة من الكون.

حتى الآن ، أثبت العلماء أن أقرب ثقب أسود إلى الأرض هو جسم V616 Monocerotis. يقع الوحش على بعد 3000 سنة ضوئية من نظامنا. بحجمه ، هذا تكوين كبير ، كتلته 9-13 كتلة شمسية. جسم قريب آخر يشكل تهديدًا لعالمنا هو الثقب الأسود Gygnus X-1. مع هذا الوحش تفصلنا مسافة 6000 سنة ضوئية. الثقوب السوداء المكتشفة في منطقتنا هي جزء من نظام ثنائي ، أي توجد على مقربة من نجم يغذي جسمًا نهمًا.

استنتاج

إن وجود مثل هذه الأشياء الغامضة والغامضة في الفضاء مثل الثقوب السوداء ، بالطبع ، يجعلنا نراقب. ومع ذلك ، نادرًا ما يحدث كل ما يحدث للثقوب السوداء ، نظرًا لعمر الكون والمسافات الشاسعة. لمدة 4.5 مليار سنة ، كان النظام الشمسي في حالة سكون ، وفقًا للقوانين التي نعرفها. خلال هذا الوقت ، لم يظهر أي شيء من هذا القبيل ، ولا تشويه للفضاء ، ولا ثنيات زمنية بالقرب من النظام الشمسي. ربما لا توجد شروط مناسبة لذلك. هذا الجزء من مجرة ​​درب التبانة ، حيث يوجد نظام نجم الشمس ، هو منطقة فضاء هادئة ومستقرة.

يعترف العلماء بفكرة أن ظهور الثقوب السوداء ليس عرضيًا. تلعب مثل هذه الأشياء دور المنظمات في الكون ، وتدمر فائض الأجسام الكونية. أما بالنسبة لمصير الوحوش نفسها ، فإن تطورها لم يُفهم بالكامل بعد. هناك نسخة مفادها أن الثقوب السوداء ليست أبدية وقد تختفي في مرحلة معينة. لم يعد سرا لأي شخص أن مثل هذه الأشياء هي أقوى مصادر الطاقة. أي نوع من الطاقة وكيف يتم قياسها هي مسألة أخرى.

من خلال جهود ستيفن هوكينج ، تم تقديم العلم بنظرية أن الثقب الأسود لا يزال يُصدر طاقة ، ويفقد كتلته. في افتراضاته ، استرشد العالم بنظرية النسبية ، حيث جميع العمليات مترابطة مع بعضها البعض. لا شيء يختفي دون الظهور في مكان آخر. يمكن تحويل أي مادة إلى مادة أخرى ، بينما ينتقل نوع واحد من الطاقة إلى مستوى طاقة آخر. قد يكون هذا هو الحال مع الثقوب السوداء ، التي هي بوابة انتقالية ، من دولة إلى أخرى.

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

ثقب أسود هائل في وسط مجرة ​​حلزونية. الائتمان وحقوق النشر: NASA.

هل تريد أن تسمع شيئًا رائعًا؟ يوجد ثقب أسود ضخم في وسط مجرة ​​درب التبانة. وليس مجرد ثقب أسود ضخم ، بل ثقب أسود هائل ، كتلته تزيد عن 4.1 مليون ضعف كتلة الشمس.

يقع على بعد 26000 سنة ضوئية فقط من الأرض ، مباشرة في مركز مجرتنا ، في اتجاه كوكبة القوس. وكما نعلم ، فإنه يمزق ويمتص ليس النجوم فحسب ، بل الأنظمة النجمية بأكملها التي ستقترب منه ، وبالتالي يزيد من كتلتها.

انتظر لحظة ، هذا لا يبدو رائعًا على الإطلاق ، بل يبدو مخيفًا. حق؟

لا تقلق! في الواقع ، ليس لديك سبب واحد للقلق ، إلا إذا كنت تخطط للعيش لعدة آلاف من ملايين السنين ، على سبيل المثال ، أنا بفضل نقل وعيي إلى واقع افتراضي.

هل يبتلع هذا الثقب الأسود مجرة ​​درب التبانة؟

يعد اكتشاف ثقب أسود فائق الكتلة (SCH) في مركز مجرة ​​درب التبانة ، مثل اكتشاف SCH في جميع المجرات الأخرى تقريبًا ، أحد اكتشافاتي المفضلة في علم الفلك. هذه واحدة من تلك الاكتشافات التي ، إلى جانب الإجابات على بعض الأسئلة ، تولد أسئلة أخرى.

في سبعينيات القرن الماضي ، اكتشف عالما الفلك بروس باليك وروبرت براون مصدرًا لاسلكيًا مكثفًا ينبعث من مركز مجرة ​​درب التبانة ، في كوكبة القوس.

قاموا بتسمية هذا المصدر Sgr A *. تعني النجمة "مثيرة". أنت تعتقد أنني أمزح ، لكن لا. هذه المرة ، أنا لا أمزح.

في عام 2002 ، اكتشف علماء الفلك أن النجوم تتخطى هذا الجسم في مدارات طويلة للغاية ، مثل المذنبات التي تدور حول الشمس. تخيل كتلة شمسنا. إنها تتطلب قوة هائلة لنشرها!

ثقب أسود هائل كما يراه الفنان. الائتمان وحقوق النشر: Alain Riazuelo / CC BY-SA 2.5.

فقط الثقوب السوداء يمكنها فعل ذلك ، وفي حالتنا ، هذا الثقب الأسود أكبر بملايين المرات من شمسنا هو ثقب أسود هائل. مع اكتشاف SCH في وسط مجرتنا ، أدرك علماء الفلك أن الثقوب السوداء تقع في مركز كل مجرة. في الوقت نفسه ، ساعد اكتشاف الثقوب السوداء فائقة الكتلة في الإجابة على أحد الأسئلة الرئيسية في علم الفلك: ما هو الكوازار؟

اتضح أن النجوم الزائفة والثقوب السوداء فائقة الكتلة هما نفس الشيء. النجوم الزائفة هي نفس الثقوب السوداء ، فقط التي هي في طور امتصاص المواد بفعالية من قرص تراكم يدور حولها. لكن هل نحن في خطر؟

على المدى القصير ، لا. يقع الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة على بعد 26000 سنة ضوئية ، وحتى إذا تحول إلى كوازار وبدأ في ابتلاع النجوم ، فسوف نلاحظه ببطء شديد.

الثقب الأسود هو جسم ضخم يشغل مساحة صغيرة من الفضاء. بالإضافة إلى ذلك ، إذا استبدلت الشمس بثقب أسود له نفس الكتلة تمامًا ، فلن يتغير شيء. أعني أن الأرض ستستمر في التحرك في نفس المدار لمليارات السنين ، فقط حول الثقب الأسود.

الأمر نفسه ينطبق على الثقب الأسود في مركز مجرة ​​درب التبانة. إنها لا تمتص مادة مثل المكنسة الكهربائية ، إنها تعمل فقط كنوع من مرساة الجاذبية لمجموعة من النجوم في مدار حولها.

كوازار قديم كما رآه الفنان. الائتمان وحقوق النشر: NASA.

لكي يبتلع الثقب الأسود نجمًا ، يجب أن يتحرك الأخير في اتجاه SCH. يجب أن تعبر أفق الحدث ، الذي يبلغ قطره ، في حالتنا ، حوالي 17 مرة من الشمس. إذا اقترب نجم من أفق الحدث ، لكنه لم يعبره ، فمن المحتمل أن يتمزق. ومع ذلك ، نادرًا ما يحدث هذا.

تبدأ المشاكل عندما تتفاعل هذه النجوم مع بعضها البعض ، مما يتسبب في تغيير مداراتها. يمكن أن يزعج النجم الذي عاش في مداره بسعادة في مداره لمليارات السنين بفعل نجم آخر ويفقد مداره. لكن هذا لا يحدث كثيرًا ، لا سيما في "ضاحية" المجرة التي نجد أنفسنا فيها.

على المدى الطويل ، يكمن الخطر الرئيسي في اصطدام مجرة ​​درب التبانة وأندروميدا. سيحدث هذا في حوالي 4 مليارات سنة ، مما يؤدي إلى ظهور مجرة ​​جديدة ، والتي قد تسمى Milkomed. فجأة ، ستظهر العديد من النجوم الجديدة ، تتفاعل مع بعضها البعض. في هذه الحالة ، ستبدأ النجوم التي كانت آمنة سابقًا في تغيير مداراتها. بالإضافة إلى ذلك ، سيظهر ثقب أسود ثانٍ في المجرة. يمكن أن يكون ثقب أندروميدا الأسود أكبر بـ 100 مليون مرة من شمسنا ، لذا فهو هدف كبير جدًا للنجوم الراغبة في الموت.

فهل يبتلع الثقب الأسود مجرتنا؟

على مدى عدة مليارات من السنين القادمة ، سوف يصطدم المزيد والمزيد من المجرات مع Milkomed ، مما يتسبب في الفوضى والدمار. بالطبع ، ستموت الشمس في غضون 5 مليارات سنة ، لذا لن يكون هذا المستقبل مشكلتنا. حسنًا ، حسنًا ، مع وعيي الافتراضي الأبدي ، ستظل هذه مشكلتي.

بعد أن يبتلع Milkomeda جميع المجرات القريبة ، سيكون للنجوم ببساطة مقدار غير محدود من الوقت ستتفاعل خلاله مع بعضها البعض. سيُطرح بعضهم خارج المجرة ، وسيُلقى البعض الآخر في ثقب أسود.

لكن كثيرين آخرين سيكونون آمنين تمامًا أثناء انتظار الثقب الأسود الهائل حتى يتبخر ببساطة.

وبالتالي ، فإن الثقب الأسود الموجود في مركز مجرة ​​درب التبانة آمن تمامًا وبشكل مطلق. لبقية عمر الشمس ، لن تتفاعل معنا بأي من الطرق المذكورة أعلاه ، أو تستهلك أكثر من بضع نجوم في السنة.

مفهوم الثقب الأسود معروف للجميع - من تلاميذ المدارس إلى كبار السن ، ويستخدم في الأدب العلمي والخيال العلمي ، وفي وسائل الإعلام الصفراء وفي المؤتمرات العلمية. لكن ما هي هذه الثقوب بالضبط غير معروف للجميع.

من تاريخ الثقوب السوداء

1783 جرامطرح العالم الإنجليزي جون ميشيل الفرضية الأولى لوجود ظاهرة مثل الثقب الأسود في عام 1783. في نظريته ، جمع بين اثنين من إبداعات نيوتن - البصريات والميكانيكا. كانت فكرة ميشيل كما يلي: إذا كان الضوء عبارة عن تيار من أصغر الجسيمات ، إذن ، مثل جميع الأجسام الأخرى ، يجب أن تختبر الجسيمات جاذبية مجال الجاذبية. اتضح أنه كلما زاد حجم النجم ، زادت صعوبة مقاومة الضوء لجاذبيته. بعد ثلاثة عشر عامًا من ميشيل ، طرح عالم الفلك وعالم الرياضيات الفرنسي لابلاس (على الأرجح بشكل مستقل عن زميله البريطاني) نظرية مماثلة.

1915 غ.ومع ذلك ، ظلت جميع أعمالهم مجهولة حتى بداية القرن العشرين. في عام 1915 ، نشر ألبرت أينشتاين كتاب النسبية العامة وأظهر أن الجاذبية هي انحناء الزمكان الذي تسببه المادة ، وبعد بضعة أشهر استخدمها عالم الفلك الألماني وعالم الفيزياء النظرية كارل شوارزشيلد لحل مشكلة فلكية معينة. لقد حقق في بنية الزمكان المنحني حول الشمس وأعاد اكتشاف ظاهرة الثقوب السوداء.

(أدخل جون ويلر مصطلح "الثقوب السوداء" في الاستخدام العلمي)

عام 1967حدد الفيزيائي الأمريكي جون ويلر مكانًا يمكن تجعيده ، مثل قطعة من الورق ، إلى نقطة متناهية الصغر وسمى مصطلح "الثقب الأسود".

عام 1974أثبت الفيزيائي البريطاني ستيفن هوكينج أن الثقوب السوداء ، أثناء امتصاصها للميتريا دون عودة ، يمكن أن تنبعث منها إشعاعات وتتبخر في النهاية. تسمى هذه الظاهرة بإشعاع هوكينغ.

الوقت الحاضر.أتاحت أحدث الأبحاث حول النجوم النابضة والكوازارات ، بالإضافة إلى اكتشاف بقايا الإشعاع ، أخيرًا وصف مفهوم الثقوب السوداء. في عام 2013 ، اقتربت سحابة الغاز G2 من مسافة قريبة جدًا من الثقب الأسود ومن المرجح أن تمتصها ، وستوفر مراقبة العملية الفريدة فرصًا هائلة لاكتشافات جديدة لخصائص الثقوب السوداء.

ما هي الثقوب السوداء حقًا

يبدو التفسير المقتضب للظاهرة هكذا. الثقب الأسود هو منطقة زمكان ، تكون جاذبيتها كبيرة جدًا بحيث لا يمكن لأي جسم ، بما في ذلك الكميات الخفيفة ، أن يتركها.

كان الثقب الأسود ذات يوم نجمًا هائلًا. طالما أن التفاعلات النووية الحرارية تحافظ على ضغط مرتفع في أمعائها ، يظل كل شيء طبيعيًا. لكن بمرور الوقت ، ينضب إمداد الطاقة ويبدأ الجسم السماوي ، تحت تأثير جاذبيته ، في الانكماش. المرحلة الأخيرة من هذه العملية هي انهيار النواة وتشكيل ثقب أسود.

• 1. طرد نفاث من ثقب أسود بسرعة عالية


• 2. ينمو قرص المادة في ثقب أسود


• 3. الثقب الأسود


• 4. مخطط تفصيلي لمنطقة الثقب الأسود


• 5. حجم الملاحظات الجديدة التي تم العثور عليها

النظرية الأكثر شيوعًا هي أن ظواهر مماثلة موجودة في كل مجرة ​​، بما في ذلك في مركز مجرتنا درب التبانة. إن قوة الجاذبية الهائلة للفتحة قادرة على الاحتفاظ بعدة مجرات حول نفسها ، مما يمنعها من الابتعاد عن بعضها البعض. يمكن أن تكون "منطقة التغطية" مختلفة ، كل هذا يتوقف على كتلة النجم ، الذي تحول إلى ثقب أسود ، ويمكن أن يصل إلى آلاف السنين الضوئية.

نصف قطر شوارزشيلد

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي أن أي مادة تدخل فيه لا يمكن أن تعود أبدًا. الشيء نفسه ينطبق على الضوء. في جوهرها ، الثقوب عبارة عن أجسام تمتص تمامًا كل الضوء الذي يسقط عليها ولا ينبعث منها ضوء خاص بها. يمكن أن تظهر هذه الأشياء بصريًا على شكل كتل من الظلام المطلق.

• 1. المادة تتحرك بنصف سرعة الضوء


• 2. حلقة الفوتون


• 3. الحلقة الضوئية الداخلية


• 4. أفق الحدث في الثقب الأسود

استنادًا إلى نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، إذا اقترب الجسم من المسافة الحرجة لمركز الثقب ، فلن يكون قادرًا على العودة مرة أخرى. هذه المسافة تسمى نصف قطر شفارتزشيلد. ما يحدث بالضبط داخل هذا النطاق غير معروف على وجه اليقين ، ولكن هناك النظرية الأكثر شيوعًا. يُعتقد أن كل مادة الثقب الأسود تتركز في نقطة صغيرة جدًا ، وفي وسطها جسم ذو كثافة غير محدودة ، وهو ما يسميه العلماء اضطرابًا منفردًا.

كيف يحدث السقوط في الثقب الأسود؟

(في الصورة ، يبدو الثقب الأسود لـ Sagittarius A * مثل مجموعة ساطعة للغاية من الضوء)

منذ وقت ليس ببعيد ، في عام 2011 ، اكتشف العلماء سحابة غازية ، مما أعطاها اسمًا غير معقد G2 ، والذي ينبعث منه ضوء غير عادي. يمكن أن يؤدي هذا التوهج إلى حدوث احتكاك في الغاز والغبار الناجم عن عمل الثقب الأسود القوس A * والذي يدور حوله في شكل قرص تراكم. وهكذا ، أصبحنا مراقبين للظاهرة المذهلة المتمثلة في امتصاص ثقب أسود هائل لسحابة غاز.

وفقًا لآخر الدراسات ، سيحدث أقرب نهج للثقب الأسود في مارس 2014. يمكننا إعادة إنشاء صورة لكيفية حدوث هذا المشهد الرائع.

• 1. عندما تظهر لأول مرة في البيانات ، تشبه سحابة الغاز كرة ضخمة من الغاز والغبار.


• 2. الآن ، اعتبارًا من يونيو 2013 ، أصبحت السحابة على بعد عشرات المليارات من الكيلومترات من الثقب الأسود. يسقط فيه بسرعة 2500 كم / ثانية.


• 3. من المتوقع أن تمر السحابة من خلال الثقب الأسود ، لكن قوى المد والجزر الناتجة عن اختلاف الجذب المؤثر على الحواف الأمامية والخلفية للسحابة ستجعلها تتخذ شكلاً مستطيلاً بشكل متزايد.


• 4. بعد تفكك السحابة ، من المحتمل أن يتدفق معظمها إلى قرص التراكم حول القوس A * ، مما ينتج عنه موجات صدمية. في الوقت نفسه ، سترتفع درجة الحرارة إلى عدة ملايين درجة.


• 5. جزء من السحابة سوف يسقط مباشرة في الثقب الأسود. لا أحد يعرف بالضبط ما سيحدث لهذه المادة ، لكن من المتوقع أنه خلال الخريف ، ستصدر تدفقات قوية من الأشعة السينية ، ولن يراها أحد.

فيديو: ثقب أسود يبتلع سحابة غازية

(محاكاة الكمبيوتر لكيفية تدمير معظم سحابة الغاز G2 وامتصاصها بواسطة الثقب الأسود القوس A *)

ماذا يوجد بداخل الثقب الأسود؟

هناك نظرية تدعي أن الثقب الأسود فارغًا عمليًا من الداخل ، وكل كتلته تتركز في نقطة صغيرة جدًا تقع في مركزه - التفرد.

وفقًا لنظرية أخرى موجودة منذ نصف قرن ، فإن كل ما يقع في الثقب الأسود يذهب إلى كون آخر يقع في الثقب الأسود نفسه. الآن هذه النظرية ليست هي النظرية الرئيسية.

وهناك نظرية ثالثة ، أكثر حداثة وثباتًا ، والتي بموجبها يذوب كل شيء يقع في الثقب الأسود في اهتزازات الأوتار على سطحه ، والتي تم تحديدها على أنها أفق الحدث.

إذن ما هو أفق الحدث؟ من المستحيل النظر داخل ثقب أسود حتى باستخدام تلسكوب فائق القوة ، لأنه حتى الضوء ، الذي يدخل داخل قمع كوني عملاق ، ليس لديه فرصة للظهور مرة أخرى. كل ما يمكن رؤيته على الأقل بطريقة ما يقع في محيطه المباشر.

أفق الحدث هو خط السطح الشرطي ، والذي لا يمكن أن يهرب منه أي شيء (لا غاز ولا غبار ولا نجوم ولا ضوء). وهذه هي نفس نقطة اللاعودة الغامضة في الثقوب السوداء للكون.

قدمت الدكتورة جين ليسين داي والبروفيسور إنريكو راميريز-رويز من معهد نيلز بور نموذجًا حاسوبيًا مهمًا. يمكن استخدامه لدراسة حدث تدمير المد والجزر - أحداث نادرة ولكنها قوية للغاية في مراكز المجرات.

تدمير المد والجزر

يوجد في مركز كل مجرة ​​كبيرة ثقب أسود هائل تبلغ كتلته ملايين ومليارات المرات من كتلة الشمس. لكن يصعب ملاحظة معظمها لأنها لا تصدر إشعاعات. يحدث هذا عندما يتم سحب شكل معين من المواد في مجال الجاذبية القوي للغاية للثقب الأسود. كل 10000 عام تقريبًا في مجرة ​​واحدة ، يقترب النجم من مسافة خطيرة من الثقب ، وتمزق جاذبية هذا الأخير الجسم. يسمى هذا الحدث بمد الجاذبية.

في هذه العملية ، يُملأ الثقب الأسود بالحطام النجمي لفترة معينة. عندما يتم امتصاص الغاز النجمي ، يتم إطلاق كمية هائلة من الإشعاع. هذا يسمح لك بدراسة خصائص الثقب.

النموذج المشترك

أثناء ارتفاع المد ، تنبعث بعض الثقوب من الأشعة السينية ، بينما يصدر البعض الآخر الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. من المهم فهم هذا التنوع ووضع اللغز بأكمله معًا. في النموذج الجديد ، حاولوا مراعاة زاوية الرؤية للمراقب الأرضي. يدرس العلماء الكون ، لكن المجرات تتجه عشوائياً.

يجمع النموذج الجديد بين عناصر من النسبية العامة والمجال المغناطيسي والإشعاع والغاز ، مما يجعل من الممكن اعتبار حدث المد والجزر من وجهات نظر مختلفة وتجميع جميع الإجراءات في هيكل واحد.

التعاون والآفاق

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