الثقوب السوداء الهائلة: عملاق المجرة

يوجد ثقب أسود فائق في مركز مجرتنا. لا يمكن رؤيته مباشرة من خلال التلسكوبات أو بأعيننا ، لكن علماء الفلك يعرفون أنه موجود هناك. في الواقع ، هناك ثقوب سوداء هائلة في قلوب العديد من المجرات. كيف يعرف الفلكيون أن هذه الوحوش تتربص في قلب المجرة؟ يستخدمون مجموعة متنوعة من الأساليب لدراسة الضوء أثناء مروره بثقب أسود ، كما أنهم يدرسون المنطقة حول الثقب الأسود لفهم كيفية تأثيره على السحب القريبة من الغاز والغبار وحتى النجوم. حاليًا ، الثقب الأسود الهائل في درب التبانة ، المسمى القوس * هو هادئ إلى حد ما ، ويراقبه علماء الفلك في العديد من الأطوال الموجية للضوء لفهم أفعاله.

الثقوب السوداء هي المفضلة في قصص الخيال العلمي ووسائل الإعلام. في بعض الأحيان يتم استخدامها كجهاز رسم لتمكين نوع من خدعة السفر بين النجوم. أو ، يتم تمييزهم في السفر عبر الزمن أو بعض العناصر المهمة الأخرى في القصة. كما هي رائعة مثل هذه الحكايات ، فإن الواقع وراء هذه العملاق الغريب أكثر إثارة للاهتمام مما يمكن أن يتخيله الكتاب. ما هي الحقائق المحيطة بالثقوب السوداء الهائلة؟ هل هناك أي علم وراء تصوير الخيال العلمي للثقوب السوداء الهائلة؟ هيا نكتشف.

عموما، الثقوب السوداء الهائلة هي فقط ما يقوله اسمه: ثقوب سوداء ضخمة حقًا. يقيسون بمئات الآلاف من الكتل الشمسية (كتلة شمسية تساوي كتلة الشمس) حتى مليارات الكتل الشمسية. لديهم قوة هائلة ولديهم تأثير لا يصدق على مجراتهم.

معظم الثقوب السوداء الهائلة موجودة في نوى المجرات. يسمح لهم هذا الموقع المركزي بالمساعدة (جزئيًا على الأقل) في تثبيت المجرات معًا. جاذبيتها هائلة جدًا ، نظرًا لكتلتها المذهلة ، لدرجة أنه حتى النجوم التي تبعد مئات الآلاف من السنين الضوئية تكون مقيدة في مدار حولها ونوى المجرات التي تعيش فيها.

عندما يتحدث الفلكيون عن الثقوب السوداء ، فإن الخاصية الرئيسية التي يستخدمونها تميز الثقوب السوداء عن غيرها من الأشياء "العادية" في الكون هي الكثافة. هذا هو مقدار "الاشياء" المعبأة في حجم الثقب الأسود. الكثافة في نوى الثقوب السوداء عالية جدًا لدرجة أنها تصبح بلا حدود. على وجه التحديد ، يقترب الحجم (مقدار المساحة التي يشغلها ثقب أسود وكتلته المخفية) من الصفر. هذا يعني أنها ليست أكثر من مجرد نقطة صغيرة في الفضاء ، ولكن هذه النقطة الدقيقة ، التي تسمى التفرد ، تحتوي على كمية لا تصدق من الكتلة. هذا يجعلها كثيفة بشكل لا يصدق. تنتشر هذه الكثافة في جميع أنحاء منطقة الثقب الأسود ، من التفرد إلى أفق الحدث (وهي النقطة التي تكون فيها جاذبية الثقب الأسود قوية جدًا على أي شيء يقاوم.

يبدو هذا كما لو أن الجزء الداخلي من الثقب الأسود (بعد أفق الحدث) يمكن سحقه بشكل لا يصدق ، بدون مساحة. ومن المثير للاهتمام ، أن هناك تجربة فكرية تقول أن متوسط ​​كثافة الثقوب السوداء الهائلة يمكن أن يكون في الواقع أقل مما يتنفسه الهواء نفسه. في الواقع ، كلما زادت الكتلة ، كلما زادت الكتلة أقل كثيف الثقب الأسود الهائل هو ، إذا نظر المرء إلى حجم المنطقة بالكامل من التفرد إلى أفق الحدث. سيتم توزيع الكتلة عبر هذه المنطقة ، مع كتلة أكثر في التفرد مما كانت عليه في "الضواحي".

إذا كان هذا صحيحًا ، فلن يكون من الممكن فقط الاقتراب من ثقب أسود فائق الكتلة ، يمكن للمرء تقع نظريا في ثقب أسود هائل والبقاء على قيد الحياة لبعض الوقت حتى الاقتراب من التفرد. ومع ذلك ، هناك مشكلة واحدة كبيرة: الجاذبية. إنه قوي جدًا لدرجة أن أي شيء يتخطى أفق الحدث سيُمزَّق بفعل قوة الجاذبية الشديدة. كثيرًا للسفر عبر الثقب!

لا يزال تشكيل الثقوب السوداء الهائلة أحد أسرار الفيزياء الفلكية. الثقوب السوداء العادية هي بقايا النواة التي خلفها خلفها السوبرنوفا انفجار نجم ضخم. كلما كان النجم أكبر ، كلما ترك الثقب الأسود أكبر.

لذلك يمكن للمرء أن يفترض أن الثقوب السوداء الفائقة الكتلة تنشأ من انهيار نجم فائق الكتلة. المشكلة هي أنه تم الكشف عن عدد قليل من هذه النجوم. علاوة على ذلك ، تخبرنا الفيزياء أنه لا ينبغي أن تكون موجودة في المقام الأول. ومع ذلك ، يفعلون. أكبر كتلة من النجوم هي عشرات إلى مائة مرة كتلة الشمس. قد يصل عدد قليل من فرط ضغط الدم النادر إلى 300 كتلة نجمية. ومع ذلك ، حتى هذه الوحوش بعيدة كل البعد عن أنواع الجماهير التي ستكون مطلوبة لإنشاء ثقب أسود فائق الكتلة. لنقولها بصراحة: هناك حاجة إلى كتلة أكبر بكثير لصنع ثقب أسود فائق الكتلة أكثر مما هو موجود في حتى النجوم الأكثر ضخامة.

لذا ، إذا لم يتم إنشاء هذه الأشياء بالطريقة التقليدية للثقوب السوداء الأخرى ، فمن أين تأتي الثقوب السوداء الوحشية؟ الفكرة الرئيسية هي أنها شكلت ثقوبًا سوداء أصغر بكثير لبناء ثقوب كبيرة. في نهاية المطاف ، سيؤدي تراكم الكتلة إلى إنشاء ثقب أسود فائق الكتلة. هذه هي النظرية الهرمية لبناء ثقب أسود فائق الكتلة. هناك بعض المشاكل في تلك النظرية لأنها تتطلب دراسة الثقوب السوداء الهائلة "ذات الكتلة المتوسطة". سيكونون "بين الخطوة" من الثقوب السوداء الأصغر إلى الوحوش الضخمة. بدأ علماء الفلك في الكشف عن المزيد من هؤلاء ودراسة خصائصهم الخاصة لملء الفجوات في النظرية الهرمية.

نظرية أخرى رائدة حول إنشاء الثقوب السوداء الهائلة هي أنها تشكلت في اللحظات الأولى التي تلت الانفجار العظيم. بالطبع ، لا يُفهم كل شيء تمامًا عن الظروف خلال تلك الفترة من أجل معرفة كيف لعبت الثقوب السوداء دورًا وما حفز تكوينها.

تشير ملاحظات الثقوب السوداء فائقة الكتلة والكتلة المتوسطة المعروفة إلى أن نظرية الاندماج هي أبسط تفسير. فحص أقدم الثقوب السوداء الهائلة والأبعد والأكثر ضخامة ، النجوم الزائفة على وجه التحديد ، يظهر أن هناك أدلة على ذلك اندماج العديد من المجرات لعبت دورا. عندما تندمج المجرات ، تظهر الثقوب السوداء أيضًا. تلعب عمليات الاندماج دورًا في تشكيل المجرات التي نراها اليوم ، وبالتالي فمن المنطقي أن الثقوب السوداء المركزية قد تأتي للركوب وتنمو جنبًا إلى جنب مع المجرات. ومن المثير للاهتمام ، عندما تندمج تلك الثقوب السوداء ، فإنها ترسل الكثير من الطاقة. كما ينبعث الفعل من موجات الجاذبية ، التي يستطيع الفلكيون قياسها الآن.

إذا كانت عمليات الاندماج هي الجواب ، فإنها توفر حلًا جزئيًا لمشكلة الثقب الأسود المتوسط. في كلتا الحالتين ، الإجابة ليست واضحة بعد. هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لمراقبة وتوصيف المجرات وثقوبها السوداء.

بالعودة إلى الخيال العلمي والثقوب السوداء ، هناك خصائص تنحرف تمامًا عن العقل الذي استخدمه الكتاب. قصص أسرع من السفر الخفيف ، السفر بين النجوم وتنتقل السفر عبر الزمن روايات الخيال العلمي. حتى أن هناك نظريات مفادها أن الثقوب السوداء هي بوابات إلى الأكوان البديلة.

إذن هل هناك أي دليل لدعم أي من هذه الأفكار؟ في الواقع ، نعم ، على الرغم من الظروف القاسية فقط. فكرة استخدام الثقوب السوداء كثقوب دودية تربطنا بطريقة ما بالجانب الآخر من الكون موجودة منذ عقود. إنه خيال عظيم وخيالي ربما لن يصبح حقيقة في أي وقت قريب.

حتى تم حساب الاحتمالات باستخدام الفيزياء الجادة و النسبية العامة. لذلك ، من الناحية النظرية ، يمكن أن تحدث هذه الأشياء ، كما هو موضح في فيلم 2014 واقع بين النجوم. جاء الفيزيائي الذي عمل مع صانعي الأفلام ببعض الأفكار النظرية التي دعمت الفيلم وعملت بشكل علمي. ومع ذلك ، لا تزال التكنولوجيا المطلوبة غير متوفرة ، ويلزم تلبية مجموعة متنوعة من الشروط الخاصة. ولكن من يدري - كان يعتقد أن الكثير من التكنولوجيا التي يستخدمها البشر للطيران اليوم أمر مستحيل.

• توجد ثقوب سوداء هائلة في قلوب العديد من المجرات ، بما في ذلك درب التبانة.
• قد تحتوي بعض المجرات ، مثل مجرة ​​أندروميدا ، على أكثر من واحد من هذه الوحوش.
• عندما تندمج المجرات ، يمكن دمج الثقوب السوداء أيضًا.
• يمكن أن تحتوي الثقوب السوداء الهائلة على ما يصل إلى مليارات الكتل النجمية المخبأة في الداخل.
• تحتوي مجرتنا درب التبانة على ثقب أسود فائق يسمى القوس *

• موهون ، لي. "الثقوب السوداء الهائلة تتعدى مجراتها." وكالة ناسا، ناسا ، 15 فبراير. 2018 ، www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu ، ياسمين. "التركيز على كيفية تشكل الثقوب السوداء الهائلة". مجلة Scientific American، 29 سبتمبر 2017 ، www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “ثقب أسود فائق | COSMOS. " مركز الفيزياء الفلكية والحوسبة الفائقة، علم الفلك. swin.edu.au/cosmos/s/ ثقب أسود هائل.

تم التعديل والتحديث بواسطة كارولين كولينز بيترسن.