الثقب الأسود
ما هو الثقب الأسود:
الثقب الأسود هو ظاهرة فضائية ذات أبعاد عالية جدًا (عادة أكبر من الشمس) وكتلة مضغوطة للغاية ، مما يؤدي إلى وجود مجال ثقالي قوي جدًا بحيث لا يمكن لأي جسيم أو إشعاع الخروج.
بالنظر إلى امتصاص الضوء حتى ، فإن الثقوب السوداء غير مرئية ولا يتجلى وجودها إلا من خلال العواقب الجاذبية التي يمكن ملاحظتها في محيطها ، خاصةً بسبب التغيرات المدارية للأجسام السماوية القريبة التي تنجذب الآن إلى الثقب الأسود.
من الناحية النظرية ، فإن الشيء الذي يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء هو الذي يمكن أن يتحمل مجال الجاذبية في الثقب الأسود. لهذا السبب ، لا يمكن أن تعرف على وجه اليقين ما يحدث لهذه المسألة التي تمتصها.
ما حجم الثقب الأسود؟
الثقوب السوداء موجودة في أحجام مختلفة. يُطلق على القصر المعروفين بالعلم الثقوب السوداء البدائية ويُعتقد أنهم بحجم ذرة ، ولكن مع الكتلة الكلية للجبل.
تسمى الثقوب السوداء المتوسطة (التي تصل كتلتها إلى 20 ضعف الكتلة الكلية للشمس) بالنجوم . في هذه الفئة ، فإن أصغر ثقب أسود اكتشف يبلغ 3.8 أضعاف الكتلة الشمسية.
وتسمى أكبر الثقوب السوداء المفهرسة فائق الكتلة ، غالبًا ما توجد في وسط المجرات. على سبيل المثال ، يوجد في وسط درب التبانة القوس القوس A ، وهو ثقب أسود مع كتلة تعادل كتلة الشمس بأربعة أضعاف.
حتى الآن ، يُطلق على أكبر ثقب أسود معروف S50014 + 81 ، الذي تساوي كتلته أربعين مليار مرة كتلة الشمس.
كيف تتشكل الثقوب السوداء؟
تتشكل الثقوب السوداء من انهيارات الجاذبية للأجرام السماوية. تحدث هذه الظواهر عندما يكون الضغط الداخلي للجسم (عادة ما يكون نجومًا) غير كافٍ للحفاظ على كتلته. لذلك عندما تنهار نواة النجم بسبب الجاذبية ، ينفجر الجسم السماوي عن طريق إطلاق كميات هائلة من الطاقة إلى حدث يُعرف باسم المستعر الأعظم .
التمثيل المرئي لل السوبرنوفا.
أثناء المستعرات الأعظمية ، في جزء صغير من الثانية ، يتم ضغط الكتلة الكاملة للنجم في نواة بينما تتحرك بسرعة حوالي 1/4 من سرعة الضوء (بما في ذلك في هذه اللحظة بالذات ، يتم إنشاء أثقل عناصر الكون).
عندئذ سيُحدث الانفجار نجمًا نيوترونيًا ، أو إذا كان النجم كبيرًا بما فيه الكفاية ، فستكون النتيجة تكوين ثقب أسود ، حيث تخلق الكمية الفلكية للكتلة المركزة حقل الجاذبية المذكور أعلاه. في ذلك ، يجب أن تكون سرعة الهروب (السرعة اللازمة لبعض الجسيمات أو الإشعاع لمقاومة الجاذبية) أكبر على الأقل من سرعة الضوء.
أنواع الثقوب السوداء
صاغ الفيزيائي النظري الألماني ألبرت أينشتاين مجموعة من الفرضيات المتعلقة بالجاذبية والتي كانت بمثابة الأساس لظهور الفيزياء الحديثة. سميت هذه المجموعة من الأفكار " نظرية النسبية العامة" ، حيث قام العالم بعدة ملاحظات مبتكرة حول الآثار الجاذبية للثقوب السوداء.
بالنسبة لأينشتاين ، الثقوب السوداء هي "تشوهات في الزمان والمكان بسبب كمية هائلة من المادة المركزة." نظرياته عززت التقدم السريع في المنطقة وسمحت بتصنيف أنواع الثقوب السوداء المختلفة:
شوارزشيلد الثقب الأسود
الثقوب السوداء لشوارزشيلد هي تلك التي ليس لها شحنة كهربائية وأيضًا لا تتمتع بدفعة زاوية ، أي لا تدور حول محورها.
كير بلاك هول
ثقوب كير السوداء ليس لها شحنة كهربائية لكنها تدور حول محورها.
ريسنر نوردستروم بلاك هول
تحتوي الثقوب السوداء Reissner-Nordstrom على شحنة كهربائية ولكن لا تدور حول محورها.
كير نيومان بلاك هول
يتم شحن الثقوب السوداء Kerr-Newman كهربائياً وتدور حول محورها.
من الناحية النظرية ، فإن جميع أنواع الثقوب السوداء تصبح في النهاية ثقوبًا سوداء من نوع Schwarzschild (ثابتة وبدون شحنة كهربائية) عندما تفقد الطاقة الكافية وتتوقف عن الدوران. تُعرف هذه الظاهرة باسم عملية Penrose . في هذه الحالات ، فإن الطريقة الوحيدة للتمييز بين ثقب أسود واحد من Schwarzschild وآخر هو قياس كتلته.
هيكل الثقب الأسود
الثقوب السوداء غير مرئية لأن مجال الجاذبية الخاص بها لا مفر منه حتى بالنسبة للضوء. وبالتالي ، فإن الثقب الأسود له مظهر سطح مظلم لا ينعكس شيئًا منه ، ولا يوجد دليل على ما يحدث للعناصر الماصة فيه. ومع ذلك ، فمن خلال ملاحظة التأثيرات التي تسببها في محيطها ، يقوم العلم بتكوين الثقوب السوداء في أفق الحدث والتفرد وإرغوسفير .
أفق الأحداث
وتسمى حدود حقل الجاذبية في الثقب الأسود الذي لا يُلاحظ منه شيء أفق الحدث أو نقطة اللاعودة .
تمثيل رسومي لأفق الحدث ، الذي توفره وكالة ناسا ، حيث يتم رصد كرة مثالية من حيث لا ينبعث منها ضوء.
على الرغم من أنها في الواقع مجرد عواقب جاذبية ، إلا أن أفق الحدث يعتبر جزءًا من بنية الثقب الأسود لأنه يمثل بداية المنطقة الظاهرة للظاهرة.
من المعروف أن شكله كروي تمامًا في الثقوب السوداء الساكنة والمائل في الثقوب السوداء الدوارة.
بسبب اتساع الجاذبية الزمنية ، فإن تأثير كتلة الثقب الأسود على الزمان والمكان يؤدي إلى أن يكون لأفق الحدث ، حتى خارج نطاقه ، التأثيرات التالية:
- بالنسبة للمراقب البعيد ، فإن الساعة القريبة من أفق الحدث ستتحرك ببطء أكثر من الأخرى البعيدة. وبالتالي ، يبدو أن أي كائن يتم امتصاصه في الثقب الأسود يتباطأ حتى يبدو مشلولًا في الوقت المناسب.
- بالنسبة للمراقب البعيد ، فإن الكائن الذي يقترب من أفق الحدث يفترض تدرجًا أحمرًا ، نتيجة للظاهرة الفيزيائية المعروفة باسم الانزياح الأحمر ، حيث يتم تقليل تواتر الضوء بواسطة مجال الجاذبية في الثقب الأسود.
- من وجهة نظر الكائن ، سيمر الوقت بسرعة متسارعة للكون كله ، بينما في الوقت نفسه ، سيمر الوقت بشكل طبيعي.
تفرد
وتسمى النقطة المركزية للثقب الأسود ، حيث أصبحت كتلة النجم مركزة بلا حدود ، التفرد ، الذي لا يُعرف عنه سوى القليل. من الناحية النظرية ، فإن التفرد يحتوي على الكتلة الكلية للنجم الذي انهار ، يضاف إلى كتلة جميع الأجسام التي يمتصها مجال الجاذبية ، ولكن ليس له حجم أو سطح.
ergosphere
ergosphere هي منطقة تتغلب على أفق الحدث في الثقوب السوداء الدوارة ، حيث يستحيل على الجسم السماوي الوقوف دون حراك.
ومع ذلك ، ووفقًا لنسبية آينشتاين ، يميل أي جسم دوار إلى سحب وقت الفراغ بالقرب منه. في هذا الثقب الأسود الدوار ، يكون هذا التأثير قويًا للغاية بحيث يكون من الضروري أن يتحرك الجسم السماوي في الاتجاه المعاكس بسرعة أكبر من سرعة الضوء لتبقى ثابتة.
من المهم عدم الخلط بين آثار الغلاف الجوي وتأثيرات أفق الحدث. ergosphere لا تجذب الأشياء مع حقل الجاذبية. وبالتالي ، لن يتم إزاحة أي شيء يتلامس معه إلا في الزمان والمكان وسيتم جذبه فقط إذا تقاطع أفق الحدث.
ستيفن هوكينج نظريات عن الثقوب السوداء
كان ستيفن هوكينج واحدًا من أكثر علماء الفيزياء وعلماء الكونيات نفوذاً في القرنين العشرين والواحد والعشرين ، ومن بين مساهماته العديدة ، حل هوكينج العديد من النظريات التي اقترحها آينشتاين والتي ساهمت في النظرية القائلة بأن الكون بدأ في التفرد ، مما يعزز نظرية ما يسمى بـ الانفجار الكبير .
يعتقد هوكينج أيضًا أن الثقوب السوداء ليست سوداء تمامًا ، ولكنها تنبعث منها كميات صغيرة من الإشعاع الحراري. كان هذا التأثير معروفًا في الفيزياء باسم إشعاع هوكينج . تتوقع هذه النظرية أن الثقوب السوداء ستفقد الكتلة بالإشعاعات المنبعثة ، وفي عملية بطيئة للغاية ، ستنخفض إلى أن تختفي.
