الثقب الأسود هو جسم فيزيائي فلكي تقول النسبية العامة: إنه «ناتج عن كتلة مركزة بدرجة كافية بحيث تستمر في الانهيار على نفسها بسبب جاذبيتها، حتى أنها تمكنت من التركيز في نقطة تسمى التفرد الثقالي». إن تأثيرات تركيز هذه الكتلة تجعل من الممكن تحديد كرة تسمى أفق الثقب الأسود، والتي لا يمكن أن يفلت منها أي إشعاع، ولا حتى أية مادة. تتركز هذه الكرة على التفرد، ويعتمد نصف قطرها فقط على الكتلة المركزية؛ إنه يمثل نوعًا من الامتداد المكاني للثقب الأسود. بالقرب من هذا المجال تكون تأثيرات الجاذبية ملحوظة ومتطرفة.. يتناسب نصف قطر الثقب الأسود مع كتلته (حوالي ثلاثة كيلو مترات لكل كتلة شمسية لثقب شوارزشيلد الأسود).

على مسافة بين النجوم تقدر (بملايين الكيلومترات) ليس للثقب الأسود جاذبية أكثر من أي جسم آخر، له نفس الكتلة؛ لذلك فهي ليست مكنسة كهربائية لا تقاوم. على سبيل المثال، إذا تم الاستبدال بالشمس ثقبًا أسود من نفس الكتلة، فإن مدارات الأجسام التي تدور حولها (الكواكب وغيرها) ستظل ثابتة بشكل أساسي (فقط الممرات القريبة من الأفق ستحدث تغييرًا ملحوظًا).

هناك عدة أنواع من الثقوب السوداء، عندما تتشكل نتيجة لانهيار الجاذبية لنجم هائل، يشار إليها باسم ثقب أسود نجمي، كتلته تعادل بضع كتل شمسية. تلك الموجودة في مركز المجرات لها كتلة أكبر بكثير يمكن أن تصل إلى عدة مليارات من كتلة الشمس؛ ثم نتحدث عن ثقب أسود فائق الكتلة (أو ثقب أسود مجري). بين هذين المقياسين الكتليين، ستكون هناك ثقوب سوداء متوسطة كتلتها بضعة آلاف من الكتلة الشمسية. الثقوب السوداء ذات الكتلة الأقل بكثير، والتي تشكلت في وقت مبكر من تاريخ الكون، بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم، تم التفكير فيها أيضًا، ويشار إليها بالثقوب السوداء البدائية. وجودهم في هذا الوقت غير مؤكد.

من المستحيل مراقبة الثقب الأسود مباشرة. ومع ذلك فمن الممكن استنتاج وجوده من خلال تأثيره الجاذبي: إما من خلال التأثيرات على مسارات النجوم القريبة؛ سواء داخل الكوازارات الدقيقة والنوى النشطة للمجرات، حيث تتواجد المادة في مكان قريب، فإن السقوط على الثقب الأسود، سوف يتم تسخينه بشكل كبير، وينبعث منه إشعاع إكس قوي. وبالتالي تتيح الملاحظات اكتشاف وجود الأجسام ضخمة وصغيرة جدًا. الأجسام الوحيدة المقابلة لهذه الملاحظات والتي تقع في نطاق النسبية العامة هي الثقوب السوداء. لكن بعد كل هذا هل هذه الوحوش الكونية تخضع للموت؟

للإجابة عن هذا السؤال يجب أن نعرف أنه وفقًا للديناميكا الحرارية، يجب أن يكون من الممكن تعيين درجة حرارة محدودة للثقب الأسود، ويجب أن يكون في حالة توازن حراري مع محيطه. كل هذا أدى إلى مفارقة، حيث كان من المفترض في ذلك الوقت أنه لا يمكن لأي إشعاع أن يفلت من الثقوب السوداء. لكن العالم ستيفن هوكينج أجرى مجموعة من حسابات ميكانيكا الكم، ووجد أن هناك إشعاعًا حراريًا كان يصدر من هذه الثقوب بشكل غريب، أسماه إشعاع هوكينغ، هذا الأخير يصدر عن الثقوب السوداء نتيجة لظواهر كمومية، وهو ما يتسبب في تقلصها واضمحلالها بمرور ملايين السنوات طبعًا. كي نفسر إشعاع هوكينج هذا، يجب أن نعرف أنه على عكس الفيزياء الكلاسيكية، في الديناميكا الكهروكمومية (وغيرها من نظريات المجال الكمومي)، لا يعتبر الفراغ لا شيء فارغ، ولكنه يسمح بتقلبات الفراغ. تتكون تقلبات الفراغ من أزواج افتراضية بين الجسيمات، ويمكن أن تكون هذه الأزواج كتلًا، وكذلك جسيمات عديمة الكتلة مثل الفوتونات. توجد مثل هذه التقلبات في الفراغ أيضًا في المنطقة المجاورة مباشرة لأفق حدث الثقب الأسود. إذا سقط جسيم (أو جسيم مضاد) في الثقب الأسود، فسيتم فصل الشريكين بأفق الحدث. الشريك الذي يسقط في الثقب الأسود يحمل طاقة سلبية، بينما الشريك الثاني، الذي يهرب كجسيم حقيقي (أو جسيم مضاد) في الفضاء الحر، يحمل طاقة إيجابية. وفقًا لمعادلة أينشتاين E = mc²، تتناسب الطاقة مع الكتلة. إذا تدفقت الطاقة السالبة في الثقب الأسود، فإن كتلته تنخفض نتيجة لذلك، تلك الجسيمات، أو الجسيمات المضادة التي تفلت من الثقب الأسود تشكل إشعاع هوكينغ. وهي ذات طبيعة حرارية على شكل إشعاع الجسم الأسود وترتبط بدرجة حرارة معينة، تسمى درجة حرارة هوكينج، والتي تتناسب عكسيًا مع كتلة الثقب الأسود. وبهذا تكون الثقوب السوداء تخضع للموت، ولو على ملايين أو حتى مليارات السنين، وبالرغم من كل هذه الاكتشافات والاستنتاجات النظرية ستظل الثقوب السوداء لغزًا كبيرًا نعيشه منذ القدم، ولم نزل نعيشه.

هذا المقال يعبر عن رأي كاتبه ولا يعبر بالضرورة عن ساسة بوست

المصادر

عرض التعليقات
تحميل المزيد