الثقوب السوداء هل فيها نهايتنا؟

[align=center]مجرد التفكير فيها قد يصيب المرء بالانقباض. لم يرصدها أحد من قبل على نحو قاطع، لكن كل الحسابات الرياضية والفيزيائية تؤكد وجودها. أجسام معتمة ذات كثافة لا نهائية تتجاوز كتلة أصغرها ثلاث كتل شمسية. وهي قادرة على ابتلاع أي كوكب أو نجم يسقط فيها. العلماء متأكدون من أنها موجودة في مجرتنا، فهل تكون فيها نهايتنا؟


تختلف تقديرات مقدار المادة السوداء في الكون من فلكي لآخر. ومن المحتمل أن تكون المادة السوداء أكثر من الكتل المضيئة بعشرات المرات، وقد تصل إلى مئة مرة. ومن الغريب أن النجوم التي نراها الآن، وكنا نعتقد منذ زمن بعيد أنها المكونة لمعظم الكون، يبدو أنها لا تشكل سوى قدر صغير من مجموعه.



والآن يعتقد علماء الفلك والكون أن المادة التي نراها أقل بكثير من حجمها الفعلي في الكون، لأنه ليست كل الأجرام في الكون تشع ضوءا. فالأجسام السوداء مثل النجوم المعتمة والكواكب والثقوب السوداء، لا تسترعي انتباهنا إلى حد كبير.

كذلك فإن كتلة المجرة ليست إلا جزءا من الموضوع، إذ يوجد الكثير من المادة المعتمة أو غير المرئية في الأطراف البعيدة من قرص المجرة. بل ومن المحتمل أيضا أن توجد مقادير لا بأس بها من المادة السوداء وراء الحافة المرئية وخارج مستوى القرص المضيء ذاته مغلفة درب التبانة في هالة خفيفة تمتد بعيدا داخل فضاء ما بين المجرات. وقد تم رصد حالات مشابهة لذلك في مجرات أخرى. إذ توضح القياسات أن المناطق المرئية من المجرات تعد في المتوسط أكبر عشر مرات من الضخامة قدر ما يفترضه بريقها ويتوقع أن ترتفع هذه النسبة إلى خمسة آلاف مرة في المناطق البعيدة.

اكتشاف المادة السوداء

حتى نستطيع تعيين الكتلة الموجودة في الكون لابد من جمع الكمية الإجمالية للمادة المرئية. لكن ما نستطيع قياسه مباشرة هو ضيائيتها، لا كتلتها. لذلك أخذت نسبة الكتلة المتوقعة «م» للجرم السماوي إلى ضيائيته أو لمعانه «ل» (م/ل)، فوجد أن هذه النسبة في حالة المجرات أكبر منها في حالة الشمس بعدة مرات. وهكذا استنتج العلماء أن الكثافة المتوسطة للمادة المضيئة في الكون أصغر بنحو 2% من الكثافة اللازمة لإيقاف توسع الكون وهذا يدل على وجود مادة خفية في الكون.

كذلك فإن قياس سرعة دوران المجرات الحلزونية ذات الأذرع يعد دليلا على وجود مادة غير مضيئة في الكون، ويتم ذلك باستخدام نظرية «دوبلر» التي تؤكد إنه إذا كانت المجرة تقترب منا انزاح طيفها القادم إلينا من قلبها قليلا نحو الزرقة، وإذا كانت تبتعد عنا فإن الذراع الذي يعطي طيفا أشد احمرارا من الطيف الوارد من قبل المجرة تؤدي جهة دورانه إلى اقترابه منا. وقد أكدت كل الدراسات على وجود مادة غير مرئية بكميات أكبر مما هو مرئي.

واتضح فيما بعد أن هناك «هالات» من المادة المظلمة حول المجرات هي السبب في دوران النجوم في المناطق النائية من المجرات بنفس سرعة دوران النجوم بالقرب من مركزها. وقدر علماء الفلك أن هالة المادة السوداء المحيطة بمجرة «درب التبانة» تمتد إلى مسافة نحو خمسة ملايين سنة ضوئية من مركزها. وبالمقارنة فإن نصف قطر المادة المرئية في مجرتنا يبلغ حوالي خمسين ألف سنة ضوئية فقط.

ويستطيع الباحثون أن يستنتجوا وجود الثقوب السوداء استنادا إلى أن النجوم تتحرك في المناطق القريبة من مراكز المجرات بسرعة عالية لدرجة تجعلها تطير بعيدا في الفضاء لولا وجود كتلة مركزية هائلة ـ تعادل بليون كتلة شمسية ـ تشدها بفعل الجاذبية نحو الداخل. ولابد للجسم الذي يحتوي على هذه الكتلة الهائلة أن يكون ذا كثافة عالية حقا. ولا يعرف العلماء نظريا جسما بهذه الخاصية سوى الثقب الأسود.

كذلك فإن العديد من مراكز المجرات والمنظومات النجمية الثنائية تقوم بإطلاق كميات من الإشعاعات والمادة بمعدلات هائلة، لذا لابد أن تحتوي هذه الأجسام على آلية فعالة لإنتاج الطاقة، والأداة الأكثر فاعلية في ذلك هي الثقب الأسود نفسه من الناحية النظرية على الأقل.

هذه الحجج تبرهن فقط على وجود أجسام شبيهة بالثقوب السوداء، ولا تؤكد وجود الثقوب السوداء نفسها اعتمادا على خصائصها الفريدة، حيث أن إثبات وجود الثقب هنا لا يأتي إلا من غياب البديل. بل إن الغموض يكتنف التحقق في حالة المنظومات النجمية الثنائية. حيث يعلم الفلكيون وجود جسم شبيه بالثقب الأسود له بعض خواص الثقب الأسود وهو النجم النيتروني.

وتستطيع الأقمار الصناعية الفضائية أن تتبين الثقوب السوداء التي هي بقايا نجوم هائلة الكتلة واجهت الانهيار بسبب الجاذبية. ويمكن تمثيل الثقب الأسود بانخفاض أشبه بالبوق في المتصل المكاني الزماني. وهذه الصورة ليست صحيحة بشكل مطلق، مما اضطر «أينشتاين» لافتراض وجود انخفاضين أشبه بالبوق متحدين مع بعضهما بغية إبقاء نموذج الثقب الأسود منسق ذاتيا. [/align]

اسمحوا لى تكملة الموضوع



<SPAN lang=AR style="FONT-FAMILY: ’Simplified Arabic’; mso-bidi-********: AR; mso-fareast-********: EN-US"><STRONG>استنتاج الثقوب السوداء

اسمحوا لى تكملة الموضوع
استنتاج الثقوب السوداء

يعتقد عدد من العلماء أن المادة المظلمة كانت تتكون من جسيمات ثقيلة نشأت وقت الانفجار الأعظم عند خلق الكون، أطلق عليها الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل. ولقد تنبأت بها نظرية «التوتر الفائق» والتي تنص على أن كل قوى الكون (أي الكهرومغناطيسية والجاذبية والقوة القوية والقوة الضعيفة) كانت موحدة في اللحظات الأولى من خلق الكون. وتبعا لهذه النظرية، فإن الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل مستقرة ولا تزال موجودة حتى وقتنا هذا في شكل بقايا للانفجار الأعظم. ولكن يصعب جدا اكتشاف هذه الجسيمات لضعف تفاعلاتها المتبادلة مع المادة العادية ومن ثم ربما تكون هي التي تشكل المادة السوداء في الكون.

أوضح الفيزيائيون أنه يمكن تزويد المختبرات المقامة تحت سطح الأرض بمختلف أنواع أجهزة الكشف للتعرف على هذه الجسيمات. ووجدوا أنه إذا تم تبريد بلورة من مادة «السيليكون» النقي إلى درجة حرارة منخفضة جدا تقترب من الصفر المطلق (ـ15،273 درجة مئوية)، فإن اصطدام جسيم واحد من الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل بنواة ذرة السليكون قد ترفع حرارة البلورة إلى قيمة يمكن قياسها. ومازال الفيزيائيون يقومون ببناء أجهزة كشف عن الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل للتحقق من مدى صحة أن تكون هي المادة المظلمة الغامضة في الكون.

ولكن أحدا لم يتمكن حتى الآن من اكتشاف المادة السوداء. ولعل ذلك لا يثير دهشتنا، فالحسابات النظرية تبين لنا أن تفاعلات المادة العادية مع الجسيمات الكتلية ضعيفة. ولدفع قضية البحث عن المادة السوداء إلى الأمام، فإنه يتعين على علماء الفلك القيام بتصميم جيل جديد من الكشافات التي يمكنها العمل بأقل قدر من الطاقة لكل عملية كشف واحدة وهذا أمر بالغ الصعوبة.

ولقد تم اكتشاف ثقب أسود عابر معروف باسم GRO J1655-40. وقتئذ استطاع الفلكيون مشاهدة تغيرات في السرعة المدارية لنجمه الرفيق، وهو ما أدى إلى الحصول على قياسات دقيقة لكتلة الجسم المتراص، كما شاهدوا دلائل على أن الثقب الأسود يلف بسرعة، وأن هناك اهتزازات قريبة من الثقب ودفقات من المادة تنبثق بسرعة تقترب من سرعة الضوء. وهذا ما هو غير موجود بالنسبة للأجسام الشبيهة بالثقوب السوداء، مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيترونية، ناهيك عن الأجسام السماوية المرئية والتي نعرفها على صفحة السماء.

وقد توصل الفلكيون إلى طريقة للتفرقة بين الثقوب السوداء والأجسام المشابهة لها. وهذه الطريقة تعتمد على اختلاف واضح بين النجوم النيترونية والثقوب السوداء. فالنجوم النيترونية لها سطوح قياسية يمكن أن تتراكم عليها المادة المنجذبة نحو الجسم أما المادة التي تسقط على الثقوب السوداء فتبتلع وتختفي إلى الأبد. ويؤدي هذا الاختلاف إلى تغيير دقيق في الأشعة المنبعثة من المنطقتين المحيطتين بهذين الجسمين مما يتيح للفلكيين أن يبرهنوا على أن الثقب الأسود ـ الجسم الأكثر غرابة في الكون ـ هو حقيقة واقعة.

إن الجاذبية الشديدة داخل الثقوب السوداء هي التي تجعل منها محركات فعالة، وتتعرض في طريقها للتصادم بأجسام أخرى وتتحطم، مما يؤدي إلى تسخين المواد قرب الثقب. ولما كانت هذه الأجسام تتحرك بسرعة عالية تقارب سرعة الضوء، فإن الطاقة الملازمة للكتلة الساكنة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء، وحتى يعود الجسم إلى موقعه الأول بعيدا عن الثقب سيحتاج إلى أن يتنازل عن جزء كبير من كتلته محولا إياها إلى طاقة. وهكذا فان الثقوب السوداء تستطيع تحويل الكتلة الساكنة إلى طاقة حرارية.

الأقزام البيضاء

النجوم المتجهة للشيخوخة قد تضيء ملايين السنين في انقباض وانبساط منتظمين أو ينزع عنها سحب الغاز، وقد يشتعل الهليوم الموجود في قلب النجم مكونا الكربون والنيتروجين والأكسجين ونتيجة لذلك يوفر طاقة تمكن النجم من البقاء لفترة أطول. وحين ينفث غلافه الخارجي في الفضاء ينتهي إلى التمدد إلى قلبه المتكون من الأكسجين ـ الكربون.

وبعد هذه الفترة من النشاط المعقد، فإن النجوم ذات الكتل الصغيرة والمتوسطة لابد أن تستسلم للجاذبية فتتقلص بشكل كبير، ويستمر تقلصها إلى أن ينضغط النجم إلى حجم كوكب صغير ويصبح جسما يسميه الفلكيون القزم الأبيض. ولما كانت الأقزام البيضاء صغيرة جدا، فهي تعتبر شديدة العتامة. على الرغم من حقيقة أن درجة حرارة أسطحها تكون أكبر كثيرا من درجة حرارة سطح الشمس. ولا يمكن رؤية أي من الأقزام البيضاء إلا بالاستعانة بتلسكوب. وإذا كانت هذه النجوم المسماة بالأقزام البيضاء هي الشبيه الأول للثقوب السوداء، فإن الشبيه الثاني هو النجوم النيترونية.

النجوم النيترونية

يمثل هذا الجسم حالة متطرفة من حالات المادة ـ مرصوصة بفعل الجاذبية إلى كثافات هائلة. وهي تشبه نواة ذرية ولكن بحجم مدينة كاملة. وتمثل هذه الحالة نهاية الحياة للعديد من النجوم ذات الكتل العالية. إن نصف قطر نجم نيتروني ذي كتلة تساوي كتلة الشمس يبلغ نحو 30 كيلو مترا. وهذا يعادل أفق الحدث الذي يعين تخوم ثقب أسود ذي كتلة تعادل عشرة أضعاف كتلة الشمس. ولكن الخصائص المرصودة مثل درجة حرارة المادة التي تسقط نحو الجسم لا تستطيع التمييز بين الجسمين، الثقب السود والنجم النيتروني.

وأفق الحدث هو سطح يحيط بالثقب، ولا يسمح بهروب أي شيء منه حتى لو بلغت سرعة هذا الشيء سرعة الضوء وتنجذب الأجسام نحو الأفق بسرعة عالية مناسبة وأفق الحدث هو ببساطة سطح اللاعودة، وأي شيء يسقط عبره يختفي من كوننا إلى الأبد.

تابع,,,,,,,,,,,,,,
الثقب الأسود

يعتقد الفلكيون أن الثقوب السوداء موجودة في جميع أرجاء الكون. وتقع هذه الأجسام الخلابة في مراكز العديد من المجرات، حيث تتزاوج مع نجوم عادية أخرى لتشكل منظومات ثنائية، وقد تسير الثقوب منفردة في الفضاء بين النجوم «الثقب البينجمي». (تحتوي هذه الأجسام وهي الأكثر تراصا في الكون على المادة في أغرب حالاتها).

والثقوب السوداء لا تصدر أية إشعاعات كهرومغناطيسية (كالضوء مثلا)، على الأقل ليس على المستوى الذي يمكن استشعاره. وتبدو كأنها معابر بين أكوان متباينة تكون فيها قوى الجاذبية هائلة وتسحق حتى الموت كل ما يقع في مجال الثقب الأسود، حيث أن قوى الجاذبية سوف تكون غير منتهية في شدتها عند منتصف هذا «المعبر». ويسمى هذا «المعبر» بمعبر أينشتاين ـ روزين) مما يجعل الاتصال بين الأكوان المتوازية مستحيلا. فالذرات والنوى تندثر عند المركز بفعل الجاذبية.

إن ما يسميه الفلكيون ثقوبا سوداء أو يمكن القول من باب الحيطة ـ ثقوبا سوداء مرشحة ـ هى تلك الأجسام المدمجة التي تتجاوز كتلة كل منها ثلاثة كتل شمسية ـ تستطيع تحديد القيمة الصغرى لكتلة نجم ثنائي وذلك بقياس سرعة النجم واستخدام قوانين كبلر للحركة المدارية.

والثقب الأسود الدوار عوضا عن أن يتجمع في نقطة ينهار كقالب ويتحول إلى قرص بالغ الدقة، واستنادا إلى مبدأ بقاء كمية الحركة الزاوية نتوقع أن تكون معظم الثقوب السوداء في دوران حول ذاتها بسرعات كبيرة. ويعني ذلك أن الدالة المترية التي وضعها «كير» ـ كما تعرف في الرياضيات ـ هي النموذج الأنسب لتوصيف الثقوب السوداء.

إذا كان لدينا ثقب أسود دوار من صنف «كير» وأرسلنا صواريخ مباشرة خلال الثقب، أي في مسار عامودي على الثقب ـ في هذه الحالة لا تكون قوى الجاذبية غير منتهية ـ فإنها ستخرج من الجهة الأخرى للكون.

ويعتبر «المعبر» وفق ما تقدم ممرا بعديا إلى الجانب الآخر من الفضاء.

غير إن هذا الفرض ليس كافيا بحد ذاته. وعلينا أن نلحظ بعض التصحيحات المسماة بالتصحيحات الكمومية. لكن نظرية الوتر الفائق جعلت من هذه المسألة مسألة وقت فقط.

إن نظرية الوتر الفائق «المجال الموحد» تقول:

المغناطيسية + الكهرباء = الكهرومغناطيسية.

الكهرومغناطيسية + القوى الضعيفة = الكهرومغناطيسية الضعيفة.

الكهرومغناطيسية + القوى الشديدة = نظرية التوحيد الكبري.

نظرية التوحيد الكبرى + الجاذبية = الوتر الفائق.

وجوهر الإثارة في نظرية الأوتار الفائقة يكمن في أننا قد نكون على عتبة الإجابة عن التساؤلات الآتية: ماذا يقع وراء أبعد نجم؟ كيف أتى الكون إلى الوجود؟ ما الذي حدث قبل بدء الزمان؟ إن نظرية الوتر الفائق قد تسعفنا بمتابعة التراكم الهائل للعملية التاريخية التي أسهمت فيها عقول عبارة عن أجيال متتالية وقد تساعدنا هذه النظرية في إسدال الستار على المحاولات التي بدأها «أينشتاين» في الثلاثينات من القرن العشرين لتوحيد الجاذبية والقوى الأخرى.

ومما لا شك فيه أن أحدا ما سيشرع بإجراء الحسابات القدورية لمعبر كمومي من معابر (أينشتاين ـ روزين)، وسيكشف فيما إذا كانت المعابر ستغلق بفعل الأوتار الكمومية أم لا؟

الثقب الأسود الذي تفوق سرعته الدورانية قيمة عظمى معينة سطحه يتقلص ثم يختفي تماما، أي أن الثقب الأسود الذي يلف قرب سرعته العظمى يستطيع تحويل 24% من الكتلة الساقطة عليه إلى طاقة، في حين أن ثقبا ساكنا يستطيع تحويل 6% فقط. وبالمقارنة فإن فعالية التحويل في الاندماج النووي الحراري في النجوم العادية هي مجرد 7،0%، وفي انشطار اليورانيوم تبلغ نسبة التحويل 1،0% فحسب.

الثقوب الميكروسكوبية

من المحتمل أن تكون الظروف القصوى التي سادت بعد فترة قصيرة من الانفجار العظيم قد شجعت على تكوين ثقوب سوداء ميكروسكوبية. مثل هذه الثقوب سيكون لها كتل مماثلة لكتلة كوكب صغير ويحتمل أن تمثل قدرا كبيرا من الكتلة غير المرئية المنتشرة خلال الكون. ومن المحتمل أيضا أن تنفجر وسط وابل من الجسيمات المشحونة كهربيا ويحدث الانفجار بعد زمن محدد يعتمد على حجم الثقب. فكلما كان الثقب صغيرا كان الانفجار أسرع.

لماذا هو أسود؟

إذا هبط غاز خطر في ثقب أسود، فإن نتائجة تعتمد على ما إذا كان الغاز الهابط «سميكا» أو «رقيقا». فإذا كان الغاز سميكا تتصادم الجسيمات بكثرة مطلقة فوتونات مما يؤدي إلى تحويل حركة الهبوط إلى حركة عشوائية «تعرف بالحرارة» وإشعاع، وعندما تخترق الجسيمات الأفق الحدثي للثقب تكون هذه الجسيمات قد فقدت جل طاقتها، وتفقد الفوتونات الخارجة بعض الطاقة بسبب تأثرها مع المادة. أما إذا كان الغاز رقيقا فتكون التصادمات نادرة الحدوث والفوتونات نادرا ما تتأثر مع المادة. وعندما تسقط الجسيمات عبر الأفق الحدثي فإنها تأخذ طاقتها الحركية معها وفي هذه الحالة تكون قدرة الثقب ـ كنقطة فردية ـ على ابتلاع الطاقة سهلة.

فروق بين الثقوب السوداء والأجسام التي تشابهه؟

إذا أردت أن تلاحظ الثقوب السوداء آكلة الطاقة ومبتلعتها، وهي حقا كذلك، فليس هناك مكان أفضل من النظر إلى المصادر السينية العابرة. والمصدر النموذجي من هذا النوع هو جسم سماوي يزداد سطوعا خلال أسبوع بمقدار مليون ضعف في منطقة الطيف السيني ومئة ضعف في منطقة الضوء المرئي. ويظل المصدر ساطعا هكذا مدة سنة تقريبا ثم يتلاشى تدريجيا ويختفي عقدا أو ربما قرنا من الزمن قبل العودة إلى الظهور مرة أخرى. أما المصادر السينية المتغيرة الأخرى، مثل المصادر السينية التفجيرية والنابضات النجومية السينية، فإنها لا تؤدى إلى مثل هذا الارتفاع الشديد والنادر والطويل الأمد في السطوع.

ويقدر الفلكيون أن عدة آلاف من المصادر السينية العابرة والكامنة قابعة في أنحاء مختلفة من مجرتنا. ولكنها غير مكتشفة حتى الآن. وقد رصد أكثر من عشرين جسما من هذه الأجسام وهو في حالة تفجر، وكل واحد منها هو جسم متراص ـ ثقب أسود أو نجم نيتروني ـ في وقت ابتلاع غاز من نجم رفيق سيئ الحظ.

ويعرف الفلكيون حقا أن الجسم المتراص في العديد من المنظومات الثنائية ليس ثقبا أسود، ويعتقدون أيضا أن النابضات الراديوية الموجودة في الثنائيات، مثلها مثل النوابض المنفردة، ليست سوى نجوم نيترونية ممغنطة تدور بسرعة كبيرة. أما الثقوب السوداء الفلكية فلا يمكن أن يكون لها فعل مغناطيسي، وإنما هي عبارة عن أجسام مسطحة ولا تستطيع توليد النبضات المنتظمة التي تطلقها النابضات النجمية. كذلك لا يمكن أن يختلط الأمر بالنسبة إلى النابضات السينية المنفردة فهي لا يمكن أن تكون ثقوبا سوداء، حيث أن إشعاعا نبضيا منتظما ومستقرا يستعيد وجود الثقب، وحتى التفجيرات السينية غير المنتظمة تدل على وجود نجم نيتروني. فهو يوفر سطحا يمكن أن تتراكم عليه المادة تدريجيا وتنفجر من حين لآخر.

تتميز الثقوب السوداء بخاصيتين يمكن استخدامهما للتأكد من وجودها في المنظومات الثنائية: وجود كتلة كبيرة غير محدودة ، وعدم وجود سطح صلد حول الجسم .فكتلة الثقب محددة بطريقة تكوينه وخصوصا بكتلة النجم الذي تطور الثقب منه، وأيضا بكمية المادة التي ابتلعها الثقب. وعموما توجد حدود قصوى لا تتعداها النجوم النيترونية حيث لها حدود في الكتلة لا يمكن تجاوزها.

ويعرف الفلكيون في الوقت الحاضر سبع ثنائيات سينية عابرة يحقق فيها الجسم المتراص بالتأكيد شرط الكتلة المطلوبة للثقب الأسود. ومع وضع بعض الافتراضات الإضافية تمكن هؤلاء الفلكيون من تقدير الكتل الحقيقية لهذه الثقوب فوجدوها تتراوح ما بين 4 ـ 12 كتلة شمسية.

إن النجوم النيترونية العابرة الخاملة ينبغي أن تكون أكثر سطوعا من الثقوب السوداء في حالة تساوي معدل التنامي فيها. ومع أنه لا يمكن قياس معدل التنامي هذا مباشرة، إلا أنه يمكن استخدام الدور المداري بديلا لذلك، حيث أنه إذا تساوي الدور المداري لجسمين فإنهما يلتهمان المادة بنفس المعدل تقريبا. ومع أخذ كل هذه الأمور بالاعتبار، يتوقع الباحثون أن تكون منظومات الثقوب السوداء أكبر عتامة من منظومات النجوم النيترونية.

ويرى العلماء أن الثقوب السوداء قد تكونت من نجوم انهارت وكونت أجساما ذات كثاقة لا نهائية. فكما هو معلوم أثناء حياة أي نجم ينتج عن الاندماج النووي في مركزه إشعاع كهرومغناطيسي يولد ضغطا هائلا للخارج. وهذا الضغط يعادل قوى السحب للداخل الناتجة عن الجاذبية مما يسبب اتزان النجم. ومع نفاذ الوقود، أي عندما ينتهي الهيدروجين من مركز النجم، تقف التفاعلات النووية فتنخفض درجة الحرارة وبالتالي تتغلب الجاذبية على الضغط وينكمش النجم فترتفع الحرارة مرة أخرى وتتولد شرارة التفاعل النووي الذي يحول الهيليوم إلى كربون وأكسجين. وتستمر هذه العملية حتى يتولد الحديد في مركز النجم بينما يكون الغلاف الجوي للنجم قد تمدد ليصبح عملاقا أحمر. وبالنسبة للنجوم العملاقة التي يحتوي مركزها على 20 ـ 30 كتلة الشمس. لا شيء في الكون يمكنه أن يقف أمام هذه الكتلة المتبقية من الانكماش بالجاذبية حتى تستمر إلى ما لا نهاية لينتج الثقب الأسود. حيث تفقد المادة الاتصال مع باقي الكون وتصبح المادة أكثف فأكثف. وتتنبأ النظرية النسبية لأينشتين بأشياء هي:

1 ـ مجال الجاذبية القوي يطيل الطول الموجي للضوء.

2 ـ مجال الجاذبية القوي يثني أشعة الضوء لتسير في منحنيات.

3 ـ الضغط له جاذبية كالكتلة تماما.

وهذا التأثير يفسر انكماش هذه الكتلة الكبيرة. وكلما زاد الانكماش ازدادت جاذبية سطح النجم ليصل إلى مرحلة حيث لا يستطيع الضوء الهروب منه. ويقف الزمن داخل هذا الجرم الفضائي الذي يلتهم ما حوله من الفضاء من طاقة ومادة بلا هوادة، وينقله إلى فراغ آخر غير هذا الكون الذي نحيا فيه الآن.

ولم يتم التأكد من رصد أي ثقب أسود، رغم اعتقاد علماء الفيزياء الفلكية بوجود أحد الثقوب السوداء في مجموعة «الدجاجة ـ 1»

«Cygnus x-1». ويتم رصد الثقوب السوداء اعتمادا على موجات الجاذبية الصادرة منها، أي الأشعة الصادرة عند التهام الثقوب السوداء

للنجوم القريبة منها. ومن خصائص الثقوب السوداء عدم وجود أي قوة فيها تكون طاردة للخارج ولذلك تستمر في الانهيار إلى أن تصل لما يعرف بالحجم الحرج.

في العام 1994، أكد التليسكوب هابل وجود ثقب أسود في مركز المجرة م 87، حيث أشارت السرعات العالية للغازات في هذه المنطقة إلى حتمية وجود جسم تبلغ كتلته من 2،5 ـ 3،5 بليون مرة من كتلة الشمس. ويرجح العالم الإنجليزي ستيفن هوكنج أن هناك الكثير من الثقوب السوداء في الفراغ، ولكنها بعيدة جدا بحيث يصعب اكتشافها. ولكنها بالقطع تمثل نسبة مهمة من المادة الكلية للكون. وتشير حقائق علم الفلك إلى أن 90% من مادة الكون معتمة، لذا تسمى بالمادة السوداء أو الثقوب السوداء. ويمكن أن ترصد منها حوالي 5% فقط. ومن ناحية أخرى فإن نظرية تكوين الأنوية التي تفسر مصدر عناصر الانفجار العظيم بأن نسبة «البروتونات» وهي المادة المكونة للبروتونات والنيترونات إلى الكثافة الحرجة لمادة الكون تقل عن العشر. كما أن النظريات الحديثة في علم الكون، والتي تعرف باسم نظريات التمدد الكوني، تتنبأ بأن كثافة مادة الكون تساوي تماما القيمة الحرجة، وبالتالي فإن النسبة المتبقية التي تزيد على 90% من كثافة الكون يجب أن تكون مادة سوداء وأيضا غير بريونية. وعندما تكون كثافة مادة الكون أكبر من الكثافة الحرجة يكون مغلقا، ويتوقف عن التمدد مستقبلا، بل ويبدأ في التقلص، وتتكاثف كل مادته، وتتجمع المجرات، ونشاهد عكس الانفجار العظيم، وهو انهيار كل مادة الكون حتى تنتهي لنقطة.

وإذا كانت كثافة مادة الكون أقل من الكثافة الحرجة فإن الكون يعد لا نهائيا، أي أنه يستمر في التمدد ويصبح مفتوحا، أما الحالة المثالية فهي تساوي كثافة مادة الكون مع قيمة الكثافة الحرجة. وفيها يكون الكون مفتوحا أيضا. ولذلك يحدد مقدار المادة السوداء في الكون ما إذا كان الكون سيتمدد ويكون مفتوحا أم أنه سينهار على نفسه ويكون مغلقا. أم أنه سيظل في حالة اتزان.

تابع,,,,,,,,,,,,,,,,,,
طبيعة المادة السوداء

وهناك شك في أن المادة المظلمة مكونة من مادة عادية. فالمادة العادية إما أن تصدر إشعاعات في صورة ضوء، كما تفعل النجوم، أو أن تعكس هذه الإشعاعات كالكواكب، أو يتم امتصاصها كما هو الحال في الغبار الكوني. وبفحص كل هذه الاحتمالات بالتلسكوبات الفضائية والأرضية والأجهزة الحساسة لأشعة جاما والأشعة تحت الحمراء وأشعة إكس، لم يرصد أي إشعاع كهرومغناطيسي في هذه الهالات المظلمة. ومن ثم استنتج العلماء أنها ليست مادة عادية بل أحد الأشكال الغربية المجهولة للمادة. وهناك أمر أخر أدى إلى الاعتقاد بأن المادة المظلمة لا تتكون من مادة عادية، هو أن الهالة المنتشرة إلى الخارج أكثر من المادة المرئية في المجرة، ولو كانت المادة المظلمة مكونة من مادة عادية فإن توزيعها لابد أن يشبه إلى حد كبير توزيع الأجزاء المرئية من المجرة.

والنتيجة التي نستخلصها هي أن معظم كتلة المجرات تأتي من مادة مظلمة غامضة، وأن كتلة هذه المادة المظلمة موزعة أكثر عمومية من النجوم المرئية في المجرات التي يتم دراستها. ويعرف الآن سر مصدر هذه الكتلة الإضافية باسم «مشكلة المادة المظلمة»، وتعد إحدى المشاكل البارزة في الفيزياء الفلكية المعاصرة. والتي لم تحل حتى الآن!

وهناك اقتراحات عديدة ومتنوعة في شأن تلك المادة، من أهمها أن أصغر جسيم في نظرية فائقة التماثل هو المكون الرئيسي للمادة السوداء. هذا الجسيم هو أصغر جسيمات نظرية فائقة التماثل، وبالتالي فهو ثابت ولا يتحلل، كما أنه متعادل الشحنة، وتفاعله ضعيف مع كل الجسيمات الأخرى مما يمكنه من البقاء منذ اللحظات الأولى للكون وحتى الآن بأعداد كافية قد تمثل جزءا كبيرا من تلك المادة. وتعد نظرية فائقة التماثل مهمة في مجال الجسيمات الأولية. ويعتقد معظم فيزيائي هذا المجال أن نموذج قياس الجسيمات الأولية يجب أن يشمل الحل الوحيد للعديد من التنبؤات العلمية المهمة التي يوشك العلماء على تأكيدها قريبا.

وحيث أن شعاع الضوء لا يستطيع الهروب من جاذبية الثقب الأسود الشديدة، فإننا لا نستطيع رؤية هذا الثقب الأسود. ولكننا قد يمكننا رؤية تأثيرات هذه الثقوب على المادة المحيطة به. فعلى سبيل المثال لو أن هناك غازا من نجم قريب جذب نحو ثقب أسود شدة جاذبيته تزيد من درجة حرارة الغاز إلى أكثر من بليون درجة مئوية، وبالتالي فإن الأشعة السينية (X) المنبعثة من تلك الغازات تدل على وجود الثقوب السوداء أو لو كان هناك ثقب أسود أو محاط به كمية كبيرة أو حتى نجوم فإن الحركة العائدة لتلك المادة قرب الثقب يمكن رصدها من خلال الإزاحة وفي طاقة الأشعة المنبعثة منها.

ومثل هذه الحقائق تشير إلى أن عدد الثقوب السوداء في الكون ليس بقليل. ولكن مع ذلك يرى العلماء أن هذه الحقائق تعد طرقا غير مباشرة للكشف عن الثقوب السوداء في الكون. ولكي نتأكد من وجودها بالفعل يجب علينا رصد الموجات الجاذبية الناتجة منها أو الناتجة عند تكونها. فلو تمكن العلماء من بناء جهاز كاشف لهذه الموجات بحساسية كافية، فإنهم سيتمكنوا من قياس الذبذبات التي تتولد عن هذه الثقوب السوداء عند انهيار النجوم، أو عند فقدها لكمية كبيرة من المادة، أو عند اصطدامها بثقوب سوداء أخرى، أو أي أجسام أخرى، مثل الأقزام البيضاء أو النجوم النيترونية.


وشكرا لكم

الموضوع كبير بس انا شايف ان به معلومات قيمة



فزيائى مبتدا

((اسلام))