الثقب الأسود هو منطقة من الزمكان يكون فيها قوة الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء، ولا حتى الضوء، الهروب. تتشكل عندما يموت نجم ضخم وينهار قلبه تحت تأثير جاذبيته. يستمر الانهيار حتى يصل اللب إلى نقطة كثيفة وصغيرة بشكل لا نهائي تُعرف باسم التفرد. ما وراء التفرد يكمن أفق الحدث، نقطة اللاعودة لأي شيء يدخله.
بداية اكتشافه
تم اقتراح وجود الثقوب السوداء لأول مرة من قبل الفيزيائي جون ميشيل في عام 1783 ولاحقًا من قبل بيير سيمون لابلاس في عام 1796، ولكن لم يتمكن العلماء حتى القرن العشرين من تقديم دليل على وجودها. في عام 1916، تنبأت نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين بوجود ثقوب سوداء. ومع ذلك، لم يكن العلماء قادرين على ملاحظتها ودراستها حتى الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي.
أشكال الثقب الأسود
تأتي الثقوب السوداء بأحجام مختلفة، ويتم تصنيفها بناءً على كتلتها. تُعرف أصغر الثقوب السوداء بالثقوب السوداء النجمية، والتي تتراوح كتلتها بين 5 إلى 30 ضعف كتلة الشمس. الثقوب السوداء متوسطة الكتلة لها كتل تتراوح من حوالي 100 إلى 100000 ضعف كتلة الشمس. الثقوب السوداء الهائلة، الموجودة في مركز معظم المجرات، بما في ذلك مجرتنا درب التبانة، لها كتل تتراوح من ملايين إلى مليارات المرات من كتلة الشمس.
أفق الحدث هو الحد المحيط بالثقب الأسود الذي لا يمكن لأي شيء أن يهرب منه، ولا حتى الضوء. بمجرد أن يتخطى الجسم أفق الحدث، فإنه سيتم حتمًا سحبه نحو التفرد في مركزه. تسمى نقطة اللاعودة نصف قطر شوارزشيلد ، والذي يتناسب مع كتلة الثقب الأسود. كلما زاد حجم الثقب الأسود، زاد نصف قطر شوارزشيلد ، وزاد أفق الحدث.
هي محاطة أيضًا بقرص تراكم، وهو عبارة عن حلقة من المادة تدور حول الثقب الأسود. يتم تسخين المادة الموجودة في قرص التراكم إلى ملايين الدرجات حيث يتم سحبها نحو الثقب الأسود، وتنبعث منها إشعاعات شديدة على شكل أشعة سينية وأشعة جاما. يسمى هذا الإشعاع بإشعاع هوكينغ ، الذي سمي على اسم الفيزيائي ستيفن هوكينج ، الذي اقترح وجوده لأول مرة في عام 1974.
من أكثر خصائص الثقوب السوداء إثارة للاهتمام أنها غير مرئية. نظرًا لأنه لا يوجد شيء يمكنه الهروب من الثقب الأسود، بما في ذلك الضوء، فمن المستحيل رؤيته مباشرة. ومع ذلك، فقد تمكن العلماء من اكتشاف وجود الثقوب السوداء من خلال مراقبة آثار جاذبيتها على المادة القريبة. على سبيل المثال، يمكن للعلماء مراقبة مدارات النجوم وسحب الغاز حول هذا الثقب لتحديد كتلته وموقعه.
دور الثقب الأسود في المجرات
يُعتقد أيضًا أن الثقوب السوداء تلعب دورًا مهمًا في تطور المجرات. يُعتقد أن الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرات مسؤولة عن تنظيم نمو المجرات المضيفة. يمكن للجاذبية الشديدة للثقب الأسود تسخين الغاز وتأينه في قرص التراكم، مما يمنعه من تكوين نجوم جديدة. تُعرف هذه العملية باسم “التغذية المرتدة”، ويُعتقد أنها مسؤولة عن العلاقة المرصودة بين كتلة الثقب الأسود وخصائص مجرته المضيفة.
بالإضافة إلى ذلك، يُعتقد أيضًا أن الثقوب السوداء عنصر رئيسي في تكوين مجموعات المجرات. أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن جاذبية الثقوب السوداء يمكنها تجميع كميات هائلة من المادة معًا لتشكيل هياكل كبيرة مثل عناقيد المجرات.
في السنوات الأخيرة، عمل العلماء على الكشف المباشر عن موجات الجاذبية المنبعثة منها. موجات الجاذبية هي تموجات في الزمكان تنتج عن تسارع الأجسام الضخمة. في عام 2015، أعلن العلماء في مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) عن أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية، والتي نتجت عن اصطدام ثقبين أسودين.
