الثقب الأسود – الحلقة 2 –

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

لن أطيل عليكم بأي مقدمة , وسنباشر فوراً بالتعرف على بعض المعلومات المشوقة جداً عن الثقوب السوداء , والتي لا تتطلب أن يكون القارئ على معرفة سابقة بها , وإنما أن يتمتع بقليل من الصبر ليتابع قراءة الموضوع كله حتى تتضح وتتبين له الصورة بشكل كامل.

وأتمنى لك الاستمتاع بهذه المعلومات:

الثقب الأسود : ببساطة هو عبارة عن منطقة من الفضاء تكون فيها قوة السحب الجاذبي باتجاه مركزها قوية جداً جداً, لدرجة بأنه لا يوجد شئ قادر على الافلات من الانجذاب باتجاه الثقب الأسود بعد أن يصبح ضمن حدود معينة تحيط بالثقب الأسود, تدعى هذه الحدود “بالأفق الزوجي” event horizon – والتي سنعكف على شرحها فيما بعد.

1- ما هو الثقب الأسود؟

يعرف الثقب الأسود عملياً عبر سرعة الانفلات escape velocity  التي تحدد المقدار الذي ضمنه تكون عملية الهرب والانفلات من السحب الجاذبي الصارد عن غرض ما ممكنة. على سبيل المثال , تقدر سرعة انفلات الأرض ب   11 km/s.

لذلك فإن أي شئ يريد أن ينفذ – ينفلت – من قوة السحب الجاذبي التابعة للأرض يتوجب عليه أن يتحرك بسرعة بالحد الأدنى مساوية ل 11 km/s , وذلك بغض النظر عن ماهية ذلك الشئ – مركبة فضائية , أو حتى كرة.

تعتمد سرعة الانفلات لغرض ما على مدى انضغاط هذا الغرض , أي على نسبة كتلته إلى نصف قطره.

يعتبر الثقب الأسود عبارة عن غرض مضغوط لدرجة كبيرة جداً, وحتى على مسافة محددة بعيداً عنه , فإن سرعة الضوء لا تعتبر سريعة كفاية حتى تستطيع الانفلات منه ومن قوة جذبه.

2- كيف ينشأ ويتشكل الثقب الأسود النجمي ؟

إن النمط الشائع والمألوف من الثقوب السوداء هو ذلك النمط الناتج عن موت النجوم. حيث أن نجم ذو كتلة كبيرة أكبر بمقدار 20 مرة من شمسنا , يمكن أن يتحول إلى ثقب أسود في نهاية حياته.

    خلال الحياة العادية لنجم ما , هنالك صراع دائم بين قوة الجاذبية الساحبة للداخل , وقوة الضغط الدافعة للخارج , ويكون النجم في حالة توازن نتيجة التوازن بين هاتين القوتين.

تولد التفاعلات النووية الموجودة في لب النجم طاقة كافية مندفعة نحو الخارج.

بالنسبة لمعظم النجوم – خلال حياتها – تكون قوة كل من الضغط والجاذبية متوازنتين تماماً, وبذلك يكون النجم مستقراً.

ولكن على كل الأحوال , عندما ينفذ الوقود النووي الذي يؤمن التفاعلات النووية المولدة للقوة النابذة , يصبح عندها الجسم خاضع فقط للقوة الجاذبة ,وبالتالي فإن الكتلة الموجودة في النواة تتضاغط أكثر فأكثر نتيجة خضوعها للقوة الجاذبة فقط.

وكلما ازدادت كتلة نواة النجم , ازدادت معها قوة الجذب التي تقوم بضغط المادة , وبالتالي يزداد تضاغط النجم ضمن وزنه الحالي.

بالنسبة للنجوم الصغيرة , عندما يستنفذ الوقود النووي , تنتهي التفاعلات النووية nuclear reactions التي كانت تقوم بمقام القوة التي تحفظ توازن النجم بتأمينها القوة التي توفر الدفع الخارجي مقابل قوة الجاذبية, وبالتالي وبالتدريج , تولد القوة المنفرة المتواجدة بين الالكترونات في النجم ضغط كافي مندفع نحو الخارج , وبذلك تستطيع أن تنفذ من عملية الانهيار والانخساف الجاذبي gravitational collapse.  بعد ذلك يبرد النجم تدريجياً ويموت بسلام . يسمى هذا النمط من النجوم “الأقزام البيضاء” “white dwarf.” .

أما بالنسبة للنجوم ذات الكتلة العالية , فإنه في المرحلة التي يتم فيها استنفاذ الوقود النووي , فإنها تنفجر وتسمى عند هذه الحالة بالسبر نوفا supernova. حيث تنقذف الأجزاء الخارجية من النجم بشكل عنيف في الفضاء , بينما ينخسف وينهار و يتضاغط لب النجم بشكل كامل .

حتى يكون لدينا نجم يتميز بلب ذو كتلة كبيرة جداً, عندها يتوجب أن تكون كتلة النجم – بالحد الأدنى – أكبر بمقدار 20 مرة من الشمس .

وفي الحالة التي تكون فيها كتلة النجم كبيرة جداً (أي ما يقارب 2.5 مرة من كتلة الشمس ) عندها لا تستيطيع أي قوة تنافر موجودة داخل النجم أن تولد قوة دفع كافي لمنع قوة الجاذبية من إحداث انهيار كامل داخل لب النجم محولة اياه إلى ثقب أسود. عندها يتحول لب النجم إلى نقطة – بالمعنى الرياضي – ذات حجم افتراضي مكافئ للصفر, حيث بإمكاننا القول عندها بأن هذه النقطة ذات كثافة لا نهائية.

عندما يتحقق الكلام السابق , فإن سرعة الانفلات المطلوبة لغرض ما يجب أن تكون أكبر من سرعة الضوء – حتى يستطيع هذا الغرض الانفلات من تأثير الثقب الأسود. فعلياً , لا يمكن لأي غرض أن يصل لسرعة الضوء.

تسمى المسافة الفاصلة بين أي غرض والثقب الأسود والتي تكون فيها سرعة الانفلات مساوية لسرعة الضوء ” بالأفق الزوجي”   event horizon .

event-horizon

 يتم احتباس أي شيء يمر ضمن الأفق الزوجي التابع للثقب الأسود للأبد – حتى لو كان هذا الشيء ضوءاً –.

bh3

3.      كيف يمكن للضوء أن يتم احتباسه عبر السحب الجاذبي الصادر عن ثقب أسود مع العلم بأنه لا يوجد للضوء أي كتلة؟

فيما مضى , كان نيوتن يعتقد بأنه فقط الأجسام التي تملك كتلة بإمكانها توليد قوة تجاذب بين بعضها البعض. وبالتالي , فإنه عند تطبيق نظرية نيوتن على الجاذبية , يصبح عندها بإمكان المرء أن يستنتج بأن قوة الجاذبية لا تستطيع التأثير على الضوء بسبب انعدام كتلته. ولكن فيما بعد جاء أنشتاين الذي اكتشف بأن الحالة أعقد بكثير من ذلك .

حيث أكتشف أولاً بأنه يتم توليد الجاذبية عبر الزملكان(زمان – مكان) المنحني curved space-time . ومن ثم ظهر بنظرية تقول بأن الكتلة ونصف القطر التابعيين لغرض ما قادرين على حني الزملكان space-time

Einstein theorized that the mass and radius of an object actually curves space-time

هنالك ترابط فيما بين الكتلة والمكان بطريقة ما لم يستطع الفيزيائيون لحد الآن فهمها بشكل كامل.

على كل الأحوال, فإننا نعلم الآن بأنه كلما ازدادت قوة حقل الجاذبية التابعة لغرض ما , كلما ازداد انحناء الفضاء المحيط بهذا الغرض. بمعنى آخر , لن تعود الخطوط المستقيمة مستقيمة في حال تعرضت لحقل جاذبية قوي, وبدل من ذلك ستتحول إلى خطوط منحنية.

وبما أن الضوء يسافر عبرمسار خطوط مستقيمة , فإنه سيتبع مساراً منحنياً في حال مر بالقرب من حقل جاذبية كبير.   هذا ما كنا نقصده أثناء قولنا ” فضاء منحني ” “curved space,” وهذا هو السبب نفسه الذي يسبب احتباس الضوء في الثقب الأسود .

وفي عام 1920 استطاع السيد ارثر ايدنغتون Sir Arthur Eddington إثبات نظرية انشتاين عندما لاحظ انحناء ضوء النجم عندما يسافر – أي يمر – بالقرب من الشمس. وبالتالي , كان ذلك أول تنبؤ صحيح تابع لنظرية إنشتاين في النسبية العامة Einstein’s General Theory of Relativity.

 إحدى الطرق الممكنة حتى نستطيع أن نتخيل تأثير الجاذبية هذا , هو تخيل صفيحة مشدودة من المطاط , تخيل بأنك وضعت كرة ثقيلة في منتصف الصفيحة.نلاحظ عندها بأن ثقل الكرة سيقوم بحني سطح الصفيحة بالقرب منه. هذه هي الصورة ثنائية البعد لما تفعله الجاذبية بالفضاء الثلاثي الأبعاد.  الآن , خذ جلة – كرة رخامية صغيرة يلعب بها الأطفال – وقم بدفعها من أحد أطراف الصفيحة المطاطية للطرف الآخر. ستلاحظ بأن هذه الجلة سوف تسلك خط منحنى – بدل من المسار المستقيم – ويبلغ قمة انحنائه عن مركز الصفيحة نتيجة ثقل الكرة الموضوعة في مركز الصفيحة المطاطية. إن هذا التأثير بمثابة محاكاة لكيفية تأثير حقل الجاذبية الناتج عن غرض ما ( الكرة ) في حنى الأشعة الضوئية (الجلة).

 وبهذا القدر نكتفي في هذه الحلقة , على أن نتابع الأجابة على بقية الأسئلة المطروحة في الحلقة القادمة,وحتى نفسح مجالاً للتفكر في هذه المعلومات وطرح أي تساؤلات عنها .

وإلى ذلك الحين ,استودعكم الله , والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته.

Advertisements

, ,

  1. أضف تعليق

اترك رد

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

%d مدونون معجبون بهذه: