من أسرار... الثقوب السوداء"الجزء الأول"

الأسود هو كتلة كبيرة في حجم صغير تسمى الحجم الحرج بالنسبة لهذه الكتلة، حيث تبدأ المادة بالإنضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدث فيها انهيار من نوع خاص هو الانهيار بفعل الجاذبية ، ويزداد تركيز الكتلة اي كثافة الجسم وتصبح قوّة جاذبيته قوّية الى درجة لا يمكن معها لأي جسم يمر بمسافة ما منه الإفلات مهما بلغت سرعته وبالتالي يزداد كمّ المادة الموجود في الثقب الاسود ، وبحسب النظرية النسبية العامّة للأنيشتاين فإن الجاذبية تقوّس الفضاء الذي يسير الضوء فيه بشكل مستقيم بالنسبة للفراغ ، وهذا يعني ان الضوء ينحرف تحت تأثير الجاذبية ، اما الثقب الأسود فإنه يقوس الفضاء الى حد يمتص الضوء المار بجانبه بفعل جاذبيته ، وهو يبدوا لمن يراقبه من الخارج كأنه منطقه من العدم إذ لا يمكن لأي اشارة ، معلومة، موجة، او جسيم الافلات من منطقة تأثيره فيبدوا اسودا. وللتوضيح فإن تحول الكرة الارضية الى ثقب اسود يستدعي تحولها الى كرة نصف قطرها 0.9 سم وكتلتها نفس كتلة الارض الحالية.

وكان طرح فرضية إمكانية وجود مثل هذه الظاهره هو إكتشاف "رومر" أن للضوء سرعة محدوده وهذا الاكتشاف يطرح تساؤل لماذا لاتزيد سرعة الضوء الى سرعة أكبر كانت الأجابه لأنه قد تكون للجاذبيه تأثير على الضوء ومن هذا الأكتشاف كتب "جون مينشل " عام 1783 مقالاً أشار فيه إلى أنه قد يكون لنجم الكثيف المتراص جاذبيه شديدة جداً ،إلى أن الضوء لا يمكنه الإفلات منها . فأي ضوء ينبعث من سطح النجم تعيده هذه الجاذبية، واقترح أيضاً وجود نجوم عديدة من هذه النجوم ،مع أننا لا يمكننا أن نرى الضوء لأنها لا تبعثه إلا أننا نستطيع تلمس جاذبيتها. وهذه النجوم ما نسميه "بالثقوب السوداء " . فهي فجوات في الفضاء، وأهملت هذه الأفكار لان نظريه الموجات للضوء كانت سائدة في ذلك الوقت لأنها تتوافق مع فيزياء "نيوتن " ولم تأت نظريه متماسكة عن كيفية تأثر الضوء بالجاذبية إلا يوم عرض" آينشتاين " النسبية العامة 1915 م . ولم يفهم ما تحتويه النسبية من مضامين إلا بعد فترة طويلة بالنسبة لنجوم الكبيرة .

تكون الثقوب السوداء

من المعروف لدى العلماء ان 99 بالمئه من حجم الذره فراغ فعندما ينتهي عمر النجم ويحترق او ينصهر بفعل غازاته فأنه ينهار وتعمل جاذبيته بضغطه حول نفسه الى حد ان الالكترونات تنفصل عن ذراتها ويبقى لب (النواه) الذره لتتجمع مع بعضها البعض لتكون ثقبا اسودا عالي الكثافه صغير الحجم.

يبدو أن الثقوب السوداء هي المراحل النهائية في حياة النجوم الكبيرة، إن الانفجارات الداخلية في النجوم و وجود الوقود الذي قد يكون غازات وغيرها من الغبار الكوني في مراكز النجوم يؤدي إلى تمدد الغاز وغيره الذي يسعى إلى توسيع الطبقات الموجودة فوقه، وفي ذات الوقت تضغط قوى الجاذبية الهائلة للنجوم هذه الطبقات، ولكن عند نفاد هذا الوقود في مراحل حياة النجم الاخيرة فإن درجة حرارتها تبدأ بالانخفاض وتبدأ بالانضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدد مستقبلها كثقوب سوداء مقدار كتلتها، وتدل حسابات العلماء على أن النجم يجب أن يكون أكبر بعدّة أضعاف من الشمس ليكون مرشحا ليتحول إلى ثقب اسود.

أفق الحدث و موجات الجاذبي يبدو أن الثقوب السوداء هي المراحل النهائية في حياة النجوم الكبيرة، إن الانفجارات الداخلية في النجوم و وجود الوقود الذي قد يكون غازات وغيرها من الغبار الكوني في مراكز النجوم يؤدي إلى تمدد الغاز وغيره الذي يسعى إلى توسيع الطبقات الموجودة فوقه، وفي ذات الوقت تضغط قوى الجاذبية الهائلة للنجوم هذه الطبقات، ولكن عند نفاد هذا الوقود في مراحل حياة النجم الاخيرة فإن درجة حرارتها تبدأ بالانخفاض وتبدأ بالانضغاط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة ويحدد مستقبلها كثقوب سوداء مقدار كتلتها، وتدل حسابات العلماء على أن النجم يجب أن يكون أكبر بعدّة أضعاف من الشمس ليكون مرشحا ليتحول إلى ثقب اسود.

أفق الحدث (event horizon) و الموجات الجاذبية

أفق الحدث هي ( حدود منطقة من الزمان والمكان التي لا يمكن للضوء الإفلات منها ) وبما انه لا شي يمكنه السير بأسرع من الضوء فإن أي شي يقع في هذه المنطقة سوف يبلغ بسرعة منطقة ذات كثافة عالية ونهاية الزمان .

وتتنبأ النسبية العامة بأن الأجسام الثقيلة المتحركة سوف تتسبب ببث موجات جاذبية وهي تموجات في انحناء الفضاء( هذه التموجات على حسب فهمي هي ليست مثل موجات الراديو بل هي موجات في الزمكان تخيل انك تمشي في بركة ماء سوف تتكون موجات من الماء بسبب حركة في البركه هي هذه الموجات الناشئه) تنتقل بسرعة الضوء وتشبه موجات الضوء التي هي تموجات الحقل الكهرمغناطيسي إلا أنها يصعب اكتشافها وهي كالضوء تأخذ الطاقة من الأجسام التي تبثها وبالتالي يتوقع أن ينهار نظام من الأجسام الضخمة ويعود في النهاية إلى وضع مستقر لان الطاقة في أي حركة سوف تحمل بعيداً.

على سبيل المثال دوران الأرض حول الشمس يولد موجات جاذبية ويكون تأثير مسارات الطاقة في تغير مدار الأرض حول الشمس الذي يؤدي في آخر المطاف إلى أن الأرض تقترب من الشمس حتى تستقر داخلها ومعدل ضياع الطاقة ضئيل جداً .



شكل النجوم التي تكون منها الثقب الأسود

وفي عام 1967 ، حدثت ثورة في دراسة الثقوب السوداء على يد العالم "إزرائيل " - وهو عالم كندي ولد في برلين – بين أن الثقوب السوداء غير دوارة ، وفقاً للنسبية العامة لابد أن تكون بسيطة جداً فهي كروية تماماً . ولا يتوافق حجمها إلا على كتلتها و أي ثقبين سوداوين ، بكتلة متساوية هما متساويان بالحجم. وقد أمكن وضعهما عن طريق حل خاص لمعادلات " آينشتاين " قبل النسبية العامة بقليل كان من المعتقد به أن الثقب الأسود لا يتكون إلا عن انسحاق جسم كروي تماماً . وان النجوم ليست كروية تماماً ، لا يمكن بالتالي أن يسحق إلا بشكل متفرداً عارياً ، لكن هتاك تفسيرات مختلفة لنتيجة " إزرائيل " تبناها " روجربيزور " و " جون ويلر " فقد أبديا أن الحركات السريعة في انسحاق النجم يعني أن موجات الجاذبية المنبعثة منه تجعله اكثر كروية الى أن يستقر في وضع ثابت ويصبح كروياً بشكل دقيق ، وعلى حسب هذه النظرية أي نجم دوار يصبح كروياً مهما كان شكله وبنيته الداخلية معقدتين و سوف ينتهي بعد انسحاقه بالجاذبية إلى ثقب أسود كروي تماماً يتوقف حجمه على كتلته . في عام 1963 وجد "دوي كير " مجموعة من الحلول لمعادلات النسبية العامة تصف الثقوب السوداء الدوارة التي أغفلها "إزرائيل " . فإذا كانت الدورات صفر يكون الثقب الأسود كروي تماماً ويصبح الحل مماثلاً لحل "شفارزشيلد" . أما إذا كان الدوران غير صفر ينتفخ الثقب الأسود نحو الخارج قرب مستوى خط استوائه تماماً مثل ((الأرض منتفخة من تأثير دورانها )) . لقد افترض إزرائيل أن أي جسم ينسحق ليكون ثقبا أسوداً سوف ينتهي إلى وضع مستقر كما يصف حل كير .

حجم ثواقب السوداء

في عام 1970 بين "براندون كارتر " أن حجم وشكل أي ثقب اسود ثابت الدوران يتوقف فقط على كتلة ومعدل دورانه بشرط يكون له محور تناظر ، وبعد فترة اثبت "ستيفن هوكنغ "أن أي ثقب اسود ذو دوران ثابت سوف يكون له محور تناظر . واستخدم "رو بنسون " هذه النتائج ليثبت أنة بعد انسحاق الجاذبية بان الثقب الأسود من الاستقرار على وضع يكون دوار ولكن ليس نابضاً،وأيضا حجمه وشكله يتوقفان على كتلته ومعدل دور انه دون الجسم الذي انسحق ليكونه .

أدلة التي توجه ثقب الأسود

الثقوب السوداء لا دليل عليها سوى حسابات مبنية على النسبية لذلك كان هناك من لم يصدق بها. وفي عام 1963 رصد "مارتن سميدت " وهو عالم فلكي أمريكي الإنزياح نحو الأحمر في طيف جسم باهت يشبه النجم في اتجاه مصدر موجات الراديو فوجد أنة اكبر من كونه ناتج عن حقل جاذبية فلو كان إنزياح بالجاذبية نحو الأحمر لكان الجسم كبير الكتلة وقريباً منا بحيث تنزاح مدرات الكواكب في نظام شمسي . وهذا الإنزياح نحو الأحمرناتج توسع الكون وهذا يعني بدورة أن الجسم بعيداً جداً عنا ولكي يرى على هذه المسافة الكبيرة لابد وانه يبث مقدار هائلاً من الطاقة والتفسير الوحيد لهذا ناتج انسحاق بالجاذبية ليس لنجم واحد بل لمنطقة مركزية من إحدى المجرات بكاملها وتسمى الكوازر وتعني شبيه النجوم .