اختفاء الثقوب السوداء

علماء من معهد وايزمان يشرحون أين اختفت "الحلقة المفقودة" للثقوب السوداء

الثقب الأسود هو جرم سماوي مضغوط لدرجة أن جاذبيته "تطوي" الفضاء المحيط به بطريقة تجعل أي جسم يقترب منه ويعبر حدودًا تسمى "أفق الحدث"، يختفي وراء هذا الأفق إلى الأبد - ويتم ابتلاعه. في الحفرة. هكذا ينمو الثقب الأسود عن طريق ابتلاع الغازات والنجوم الموجودة بين النجوم. يعكس لقب "الثقب الأسود" حقيقة أنه حتى إشعاع الضوء يمتص فيه، ولا يمكنه الهروب، وبالتالي فهو مظلم تمامًا. وعلى الرغم من أن الثقب الأسود غير مرئي، إلا أن جاذبيته الهائلة تؤثر أيضًا بعيدًا عن أفق الحدث، وتغير مدارات الأجسام المحيطة به.

من المعروف وجود نوعين من الثقوب السوداء في الكون. أحدهما هو الثقوب السوداء "الخفيفة"، التي تبلغ كتلتها حوالي عشرة أضعاف كتلة شمسنا؛ تنشأ هذه الثقوب "الخفيفة" نتيجة انهيار النجوم الضخمة التي تنهار على نفسها. أما النوع الثاني فهو الثقوب السوداء فائقة الكتلة، والتي تزيد كتلتها عن كتلة الشمس بمليون إلى مليار مرة. توجد مثل هذه الثقوب السوداء الهائلة في قلب المجرات. يوجد مثل هذا الثقب الأسود الهائل أيضًا في مركز مجرتنا - مجرة ​​درب التبانة.

ليس من الواضح كيف تتشكل وتطور الثقوب السوداء فائقة الكتلة، لكن العديد من العلماء يفترضون أنها تتطور من "بذور" أخف بكثير، والتي ربما تكونت في الظروف القاسية التي سادت في الكون المبكر، ومن الممكن أن تكون تلك البذور كانت الثقوب السوداء الخفيفة التي نعرفها. כך או כך, הדעת נותנת שגידול הדרגתי של חורים שחורים מזרעים קלים כולל גם שלבי ביניים שונים, כלומר, אמורים להימצא ביקום גם חורים שחורים בטווח המאסות הרחב שבין החורים השחורים הקלים והסופר-מאסיביים: חורים שחורים “בינוניים” עם מאסות שבין מאה למאה אלף מאסות شمس. في الواقع، بعد وقت قصير من اكتشاف الثقوب السوداء الهائلة في الستينيات من القرن الماضي، بدأت عمليات البحث عن "الحلقة المفقودة" - الثقوب السوداء المتوسطة. ولكن على عكس التوقعات تمامًا، أدت عقود من الملاحظات والقياسات إلى ظهور الطين. وحتى يومنا هذا، لم يتم اكتشاف حتى ثقب أسود متوسط ​​الحجم وتحديده بشكل مؤكد في الكون.

إن سر عدم وجود ثقوب سوداء متوسطة الحجم أمر مقلق للغاية سواء لأنه يشير إلى فجوات كبيرة في فهمنا للعمليات الأساسية في تطور المجرات - ولأن العديد من الفرضيات قد تم طرحها بناء على وجود ثقوب سوداء متوسطة الحجم الثقوب. على سبيل المثال، تتنبأ الحسابات النظرية بأن الثقوب السوداء المتوسطة يجب أن تلعب دورًا مهمًا في نقل رشقات ضوئية وموجات جاذبية يمكن ملاحظتها وقياسها، عن طريق تدمير النجوم من خلال امتصاصها.

نتوقع أنه في عصرنا الكوني، ستتحول جميع البذور بالفعل إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة. ومن أجل اكتشاف الثقوب السوداء متوسطة الحجم، سيتعين على عمليات الرصد تحسين وتوسيع نطاق الرؤية إلى العصر الكوني المبكر الذي تشكلت فيه البذور، قبل أن يتوفر لها الوقت للنمو.

هذا الوضع يتغير هذه الأيام، وذلك بفضل دراسة جديدة أجراها البروفيسور. تل الكسندر من معهد وايزمان وطالبه السابق الدكتور بن بار أور من معهد الدراسات المتقدمة في برينستون. في المقال ذلكنشرت في المجلة العلمية طبيعة علم الفلكتمكن البروفيسور ألكساندر والدكتور بار أور من إثبات أنه، في ظل بعض الافتراضات المعقولة، فإن البذور الخفيفة سوف "تأكل" النجوم من حولها بمعدل سريع يصل في النهاية إلى كتلة تقترب من مليون كتلة شمسية - الحد الأدنى المعروف لكتلة الثقوب السوداء فائقة الكتلة. علاوة على ذلك، أظهر البروفيسور ألكسندر والدكتور بار أور أن هذه النتيجة عامة: فهي لا تعتمد على الكتلة الأولية غير المعروفة للبذرة أو العمر الكوني غير المعروف الذي تشكلت فيه.

ويضيف البروفيسور ألكسندر: "إن الحسابات التي أجريناها، بناءً على نظرية تطور حركة النجوم حول الثقب الأسود وعدد من الافتراضات الأخرى، تظهر أن عملية "فقدان" بذرة الضوء في النجوم أمر لا مفر منه". بالإضافة إلى ذلك، إذا كان الثقب الأسود أيضًا "يأكل" الغاز، أو الثقوب السوداء الأصغر منه، فسيكون أكبر حجمًا اليوم. وبالتالي، فإننا نتوقع أنه بحلول عصرنا الكوني، ستكون جميع البذور قد تحولت بالفعل إلى ثقوب سوداء فائقة الكتلة. ومن أجل اكتشاف الثقوب السوداء متوسطة الحجم، سيتعين على عمليات الرصد تحسين وتوسيع نطاق الرؤية إلى العصر الكوني المبكر الذي تشكلت فيه البذور، قبل أن يتوفر لها الوقت للنمو.

للمزيد حول هذا الموضوع على موقع العلوم:

• تم اكتشاف حدث ثالث لموجة الجاذبية؛ يؤكد وجود نوع جديد من الثقوب السوداء
• يقدم الباحثون تفسيرا جديدا لانبعاث الطاقة والرياح من الثقوب السوداء
• الثقوب السوداء والثقوب الدودية وأسرار الزمكان الكمي
• ولأول مرة، تم اكتشاف ثقبين أسودين ضخمين في المجرة، ومن المتوقع أن يصطدما
• هل يتحرك الزمن داخل الثقوب السوداء إلى الخلف؟