رسوم متحركة مذهلة من ناسا تكشف عن المقياس الوحشي للثقوب السوداء!

أصدرت وكالة ناسا رسما متحركا جديدا لتعطيك إحساسا حقيقيا بكمية الفضاء التي يسيطر عليها ثقب أسود هائل.

ويتمثل الثقب الأسود في عملاق موجود في مراكز المجرات؛ قلوب الجاذبية التي تدور حولها النجوم في رقصة مدارية تقاس بالدهور. وتبدأ عند حوالي 100000 ضعف كتلة الشمس، على الطرف السفلي من المقياس، ويمكن أن تصل إلى عشرات المليارات من الكتل الشمسية كحد أقصى.

وهذه الأرقام المجردة كلها جيدة، لكن من الصعب تصور مدى ضخامة هذه الأشياء في الواقع. وهذا أحد أكبر ألغاز الكون: على الرغم من أن لدينا بعض الأفكار، إلا أننا لا نعرف حقا كيف وصلت إلى هذا النحو.

ويقول عالم الفيزياء الفلكية النظري جيريمي شنيتمان من مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا: "القياسات المباشرة، التي تم إجراؤها بمساعدة تلسكوب هابل الفضائي، تؤكد وجود أكثر من 100 ثقب أسود فائق الكتلة. كيف تصبح كبيرة جدا؟ عندما تصطدم المجرات، قد تندمج ثقوبها السوداء المركزية معا في النهاية أيضا".

وفي الواقع، قد لا تكون الثقوب السوداء نفسها كبيرة جدا على الإطلاق. الثقوب السوداء هي أكثر الأجسام كثافة التي نعرفها في الكون. إنها مضغوطة للغاية بحيث لا يمكننا وصفها رياضيا إلا على أنها تفرد - نقطة أحادية البعد ذات كثافة لا نهائية. وكثافتها شديدة للغاية لدرجة أن الزمكان يتشوه جاذبيا إلى ما هو فعليا كرة مغلقة من حولها. داخل هذا المجال، حتى الضوء ليس لديه سرعة كافية للهروب.

وهذا ما يشار إليه عند التحدث عن أبعاد الثقب الأسود، حدوده المعروفة بأفق الحدث. وكلما زاد حجم الثقب الأسود، زاد نصف قطر الكرة التي يحددها أفق الحدث، المعروف باسم نصف قطر شوارتزشيلد. وإذا كانت الشمس عبارة عن ثقب أسود، على سبيل المثال، فإن نصف قطر شوارتزشيلد سيكون فقط 2.95 كيلومتر (1.8 ميل).

وتبدأ أصغر الثقوب السوداء بحوالي خمسة أضعاف كتلة الشمس، وهي أجسام تكونت من اللب المنهار لنجم هائل في نهاية حياته. وهذه ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية، لها حد أعلى يبلغ حوالي 65 ضعف كتلة الشمس، لأن النجوم الضخمة للغاية التي ستنتج هذه الأجسام الأكبر تُنهي حياتها في مستعر أعظم ثنائي غير مستقر يدمر النواة تماما، ولا يترك شيئا وراءه لينهار في الثقب الأسود.

ومع ذلك، هناك ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية أكبر من كتلة 65 كتلة شمسية. ويمكن أن تتشكل عندما تصطدم الثقوب السوداء وتندمج، ما ينتج عنه كائن بكتلة مجمعة. لكن كيف ننتقل من هذه الثقوب السوداء إلى الثقوب السوداء فائقة الكتلة والهائلة هو مساحة فارغة كبيرة. وهناك ندرة غريبة للثقوب السوداء المكتشفة في النطاق الكتلي بين الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية والثقوب السوداء فائقة الكتلة.

لكن هناك نطاقا هائلا في الثقوب السوداء الهائلة أيضا. وتعد الرسوم المتحركة الجديدة لوكالة ناسا نظرة مذهلة إلى هذا النطاق، بدءا من ثقب أسود في مجرة قزمة تسمى J1601 + 3113، والتي تستضيف ثقبا أسودا حول 100000 كتلة شمسية. وهذا من شأنه أن يعطيها نصف قطر شوارتزشيلد أقل بقليل من نصف حجم الشمس. ويمتد ظل الثقب الأسود إلى الفضاء المحيط بأفق الحدث، ما ينتج عنه منطقة أغمق تبلغ ضعف حجمها تقريبا، ما يعني أنه في الفيديو، يبدو هذا الظل بنفس حجم الشمس تقريبا.

ونرى أيضا الثقب الأسود الهائل في مركز مجرتنا، Sagittarius A *، يبلغ حوالي 4.3 مليون كتلة شمسية. وهناك أيضا M87 *، أول ثقب أسود تم تصويره على الإطلاق، والذي تبلغ كتلته 5.37 مليار شمس. وأحد أكبر الثقوب السوداء التي نعرفها في الكون هو الوحش المعروف باسم TON-618.

وفي عام 2004، قاس العلماء كتلته إلى 66 مليار كتلة شمسية. والحد الأقصى النظري للكتلة للثقوب السوداء هو حوالي 50 مليار كتلة شمسية، لكن الكون جيد جدا في تحدي التوقعات النظرية.

وعند هذه الكتلة، سيكون للثقب الأسود نصف قطر شوارزشيلد يزيد عن 1300 وحدة فلكية.