هل وجد العلماء حقا ثقوبا سوداء؟‏

يبدو الامر وكأنه خيال علمي،‏ فالنجوم الساطعة سحقتها قوة جاذبيتها الخاصة وأصبحت غير مرئية لا تدع شيئا يفلت من قبضتها حتى ولا الضوء.‏ ويعتقد فلكيون كثيرون ان هذه الثقوب السوداء قد تكون اشياء عادية في الكون.‏ فهل تحبون ان تعرفوا المزيد عنها؟‏ تبدأ القصة في كوكبة شمالية جميلة تدعى كوكبة الدجاجة.‏

‏«الدجاجة 1-X» —‏ ثقب اسود؟‏

منذ ستينات الـ‍ ١٩٠٠،‏ يهتم الفلكيون بمنطقة معينة من كوكبة الدجاجة.‏ فالمراصد الفضائية التي أُطلقت الى خارج غلاف الارض الجوي كشفت مصدرا قويا للأشعة السينية X rays قادما من هذه المنطقة التي دعيت «الدجاجة 1-X».‏

يعرف العلماء لفترة طويلة انه كلما ازدادت حرارة الشيء ازداد ايضا اطلاقه للطاقة على اطوال موجية كهرمغنطيسية اقصر وأقوى.‏ فإذا سخّنتم قطعة من الحديد في اتون حام جدا،‏ فسوف تتوهج اولا بلون احمر ثم اصفر وأبيض كلما ازداد حموّ الحديد.‏ وفي هذا المجال،‏ تكون النجوم كقضبان الحديد.‏ فالنجوم الباردة نسبيا،‏ التي تبلغ درجة حرارتها نحو ٠٠٠‏,٣ ك،‏ لها لون ضارب الى الحمرة،‏ فيما تناهز درجة حرارة سطح نجم اصفر،‏ كالشمس،‏ ٠٠٠‏,٦ ك.‏a ومع ذلك،‏ يجب ان تسخّنوا الغازات النجمية الى ملايين الدرجات الكلڤنية لتحصلوا على الاشعاعات السينية المنبعثة من «الدجاجة 1-X».‏ ولا يوجد ايّ نجم حرارة سطحه كهذه.‏

وجد الفلكيون في موقع «الدجاجة 1-X» نجما تُقدَّر درجة حرارة سطحه بـ‍ ٠٠٠‏,٣٠ ك —‏ حار جدا بالفعل،‏ ولكن ليس بما فيه الكفاية لتفسير انبعاث الاشعة السينية.‏ ويقدَّر ان كتلة هذا النجم،‏ الذي سُمّي 226868 HDE،‏ تزيد على كتلة الشمس بنحو ٣٠ مرة وهو يبعد عن الارض نحو ٠٠٠‏,٦ سنة ضوئية.‏ ولهذا النجم فوق العملاق رفيق،‏ ويدور الاثنان احدهما حول الآخر في رقصة ڤالس مدارية كل ٦‏,٥ ايام.‏ ويقدِّر العلماء ان هذا الرفيق يبعد ملايين قليلة فقط من الكيلومترات عن 226868 HDE.‏ وبحسب بعض المصادر،‏ تفوق كتلة هذا الرفيق كتلةَ الشمس بنحو عشر مرات.‏ ولكن هنالك شيء غريب جدا في ما يتعلق بهذا الرفيق —‏ انه غير مرئي.‏ ولا ينبغي ان يكون ايّ نجم عادي بهذه الكتلة غير مرئي على هذه المسافة من الارض.‏ ويقول العلماء ان جسما بهذه الكتلة الضخمة،‏ ويطلق على ما يظهر الاشعة السينية ولكن بدون ضوء مرئي،‏ هو مرشح جيد لأن يكون ثقبا اسود.‏

رحلة الى ثقب اسود

تصوروا انه بإمكانكم ان تسافروا الى «الدجاجة 1-X».‏ وإن افترضنا انها بالفعل ثقب اسود،‏ فإن ما سترونه قد يشبه كثيرا الصورة الايضاحية في الصفحة ١٧.‏ النجم الكبير هو 226868 HDE.‏ وفي حين يبلغ قطر هذا النجم ملايين الكيلومترات،‏ قد يبلغ قطر الثقب الاسود حوالي ٦٠ كيلومترا (‏٤٠ ميلا)‏.‏ ان النقطة السوداء الصغيرة في وسط دوامة الغاز المتوهج هي أُفق حدث Event Horizon،‏ او سطح،‏ الثقب الاسود.‏ لكنه ليس سطحا صلبا،‏ بل اشبه بالظل.‏ انه حافة المنطقة حيث الجاذبية حول الثقب الاسود قوية جدا حتى ان الضوء لا يمكن ان يفلت منها.‏ ويعتقد علماء كثيرون انه داخل الافق،‏ في وسط الثقب الاسود،‏ توجد نقطة حيث الحجم هو صفر والكثافة لامتناهية.‏ وهي تدعى نقطة فريدة singularity اختفت فيها كل المادة في الثقب الاسود.‏

يفرِّغ الثقب الاسود طبقات الغاز الخارجية للنجم المرافق.‏ ويشكل الغاز من النجم قرصا متوهجا وهو يلتفّ لولبيا بسرعة متزايدة حول الثقب الاسود ويحمى بسبب الاحتكاك.‏ فينتج هذا القرص من الغاز المحمى الاشعةَ السينية خارج الثقب الاسود مباشرة،‏ مع وصول الغاز الى سرعات خيالية بسبب الجاذبية القوية.‏ وبالطبع،‏ بعد وقوع الغاز في الثقب الاسود،‏ لا يمكن ان تفلت الاشعة السينية —‏ او ايّ شيء آخر.‏

ان منظر «الدجاجة 1-X» رائع،‏ لكن إياكم ان تقتربوا كثيرا!‏ فليست الاشعة السينية التي تطلقها وحدها المميتة بل جاذبيتها ايضا.‏ فعلى الارض،‏ يوجد فارق بسيط في قوة الجاذبية بين رأسكم وقدميكم عندما تقفون.‏ ويخلق هذا الفارق شدّا خفيفا لا تشعرون به.‏ أما على «الدجاجة 1-X»،‏ فيكون هذا الفارق مضروبا في ١٥٠ بليون مرة،‏ خالقا قوة تمطّ جسدكم،‏ كما لو ان ايديًا خفيّة تشد قدميكم من ناحية ورأسكم من الناحية الاخرى!‏

‏«الدجاجة A‏» —‏ هل هي ثقب اسود ضخم جدا؟‏

هنالك منطقة غامضة اخرى في كوكبة الدجاجة.‏ وحسب الظاهر،‏ يبدو ان هذه المنطقة تضمّ مجرة بعيدة تُرى كنقطة باهتة،‏ لكنها تُصدر بعض الموجات الراديوية الاقوى في السماء.‏ انها تدعى «الدجاجة A»،‏ وهي تحيّر العلماء منذ اكتشافها قبل اكثر من ٥٠ سنة.‏

من المذهل تصوُّر حجم «الدجاجة A».‏ ففي حين تقع «الدجاجة 1-X» داخل مجرتنا،‏ على بعد آلاف قليلة من السنين الضوئية،‏ يُعتقد ان «الدجاجة A» تبعد مئات ملايين السنين الضوئية.‏ وبينما تبعد «الدجاجة 1-X» نحو دقيقة ضوئية فقط عن رفيقها المرئي،‏ يبتعد العمودان اللذان يشكلهما الدفقان الراديويان في «الدجاجة A» مئات الآلاف من السنين الضوئية.‏b فمن الواضح ان شيئا ما في مركز «الدجاجة A» يطلق هذين الدفقَين الشديدين من الطاقة في اتجاهين متعاكسين لمئات الآلاف او حتى الملايين من السنين،‏ كما لو انه مدفع للأشعة الكونية.‏ وتكشف الخرائط الراديوية المفصلة لمركز «الدجاجة A» ان مدفع الاشعة هذا صغير جدا بالمقارنة مع الدفقَين،‏ فحجمه اصغر من شهر ضوئي.‏ ولو تمايل المدفع خلال كل هذا الوقت،‏ لكانت حزمتا الاشعة منحنيتين.‏ لكنَّ الدفقَين الغامضَين مستقيمان تماما،‏ كما لو ان جيروسكوپا ضخما قد ثبّت مدفع الاشعة هذا.‏

وماذا يسبِّب هذه الظاهرة؟‏ يكتب الپروفسور كيپ س.‏ ثورن:‏ «من الافكار العديدة التي عُرضت بحلول اوائل ثمانينات الـ‍ ١٩٠٠ لشرح ماهية هذا المحرك المركزي،‏ اقترحت واحدة فقط جيروسكوپا فائقا بمدى حياة طويل،‏ بحجم اصغر من شهر ضوئي،‏ وبقدرة على توليد دفق قوي.‏ وكانت تلك الفكرة الفريدة ثقبا اسود هائلا وسريع الدوران».‏

ثقوب سوداء اخرى محتملة

في السنة ١٩٩٤ ألقى مقراب هابل الفضائي المرمَّم حديثا نظرة اقرب على المجرة «القريبة» M87،‏ التي يقدَّر بُعدها بـ‍ ٥٠ مليون سنة ضوئية.‏ وبواسطة اجهزته البصرية المحدَّثة،‏ اكتشف هابل في مركز M87 دوامة من الغازات تدور حول جسم ما بسرعة مذهلة تبلغ مليوني كيلومتر (‏٢‏,١ مليون ميل)‏ في الساعة.‏ فماذا يمكن ان يجعل الغازات تتحرك بهذه السرعة؟‏ اظهرت الحسابات ان كتلة الجسم داخل الدوامة ينبغي ان تساوي كتلة بليوني شمس على الاقل.‏ لكنَّ هذا الجسم محشور في مساحة «بالغة الصغر» بحجم نظامنا الشمسي.‏ والشيء الوحيد الذي يتصور العلماء انه قد يطابق هذه المواصفات هو ثقب اسود هائل الحجم.‏

وقد اكتُشفت ثقوب سوداء محتملة في مركز عدد من المجرات القريبة،‏ بما فيها جارتنا الاقرب،‏ مجرة المرأة المُسَلْسَلة،‏ على بعد نحو مليوني سنة ضوئية فقط.‏ ولكن قد يكون هنالك ثقب اسود اقرب الينا حتى من المرأة المُسَلْسَلة!‏ تقترح الارصاد الحديثة ان ثقبا اسود ضخما جدا قد يكون ساكنا في مركز مجرتنا،‏ درب التبَّانة.‏ فهنالك شيء في مساحة صغيرة تقدَّر كتلته بـ‍ ٤‏,٢ مليون شمس،‏ يسبِّب دوران النجوم القريبة من مركز مجرتنا بسرعات هائلة.‏ يلاحظ الفيزيائي ثورن:‏ «تقترح الادلة المتراكمة تدريجيا خلال ثمانينات الـ‍ ١٩٠٠ ان مثل هذه الثقوب لا تسكن في قلب معظم الكوازارات [اشباه النجوم] والمجرات الراديوية فحسب،‏ بل ايضا في قلب معظم المجرات العادية (‏غير الراديوية)‏ الكبيرة،‏ مثل درب التبَّانة والمرأة المُسَلْسَلة».‏

فهل اكتشف العلماء حقا ثقوبا سوداء؟‏ ربما.‏ لقد اكتشفوا بكل تأكيد اجساما غريبة جدا في كوكبة الدجاجة وأماكن اخرى،‏ اجساما يمكن في الوقت الحاضر التفسير بسهولة انها ثقوب سوداء.‏ لكنَّ المعلومات الجديدة يمكن ان تتحدى بسهولة النظريات المتعارف عليها.‏

منذ اكثر من ٥٠٠‏,٣ سنة،‏ سأل اللّٰه ايوب:‏ «هل عرفت سنن السموات».‏ (‏ايوب ٣٨:‏٣٣‏)‏ وبالرغم من التقدم العلمي المثير للاعجاب،‏ لا يزال هذا السؤال مناسبا.‏ فعندما يظن الانسان انه ابتدأ يفهم الكون،‏ تظهر ارصاد جديدة غير متوقعة تدحض نظرياته المبنية بدقة.‏ وفي هذا الوقت،‏ يمكننا التأمل بذهول في الكوكبات والتلذذ بجمالها.‏

‏[الحاشيتان]‏

‏[الاطار في الصفحتين ١٦ و ١٧]‏

كيف يتشكل ثقب اسود؟‏

يشرح المفهوم العلمي الحالي ان النجوم تضيء بسبب الصراع المتواصل بين الجاذبية والقوى النووية.‏ فبدون الجاذبية التي تضغط الغاز عميقا داخل النجم،‏ لا يحدث اندماج fusion نووي،‏ ومن الناحية الاخرى،‏ بدون الاندماج النووي الذي يقاوم قوة سحب الجاذبية،‏ تحدث اشياء غريبة جدا للنجوم.‏

يعتقد العلماء انه عندما تستهلك النجوم،‏ التي يناهز حجمها حجم شمسنا تقريبا،‏ وقودَها النووي من هيدروجين وهليوم،‏ تضغطها الجاذبية حتى تصبح جمرا حارا بحجم الارض تقريبا،‏ فتدعى اقزاما بِيضا.‏ وقد تساوي كتلة قزم ابيض كتلة الشمس لكنها محشورة في حيّز اصغر بمليون مرة.‏

تعلمون ان معظم المادة العادية مؤلف من فراغ،‏ اذ تنحصر كل كتلة الذرة تقريبا في نواة صغيرة محاطة بسحابة الكترونية اكبر بكثير.‏ لكنَّ الجاذبية داخل قزم ابيض تضغط السحابة الالكترونية،‏ فلا تعود تحتل سوى جزء صغير من حجمها الاصلي،‏ وهذا ما يقلّص النجم الى حجم كوكب.‏ فيتكوَّن عند هذه النقطة،‏ بالنسبة الى النجوم التي هي بحجم شمسنا تقريبا،‏ عامل موازن بين الجاذبية والقوى التي تملكها الالكترونات،‏ مانعا ايّ تقلّص اضافي.‏

ولكن ماذا عن النجوم الاثقل من الشمس،‏ ذات الجاذبية الاقوى؟‏ يعتقد العلماء انه بالنسبة الى النجوم ذات الكتلة الاكبر من كتلة الشمس بأكثر من ٤‏,١ مرة،‏ تكون قوة الجاذبية عظيمة جدا لدرجة تتقلّص عندها السحابة الالكترونية بحيث لا يبقى لها وجود.‏ ثم تتحد الپروتونات والإلكترونات لتشكل نيوترونات.‏ وتقاوم النيوترونات تزايد الضغط،‏ شرط ان لا تكون الجاذبية قوية جدا.‏ وبدلا من قزم ابيض بحجم كوكب،‏ تكون النتيجة نجما نيوترونيا بحجم كويكب صغير.‏ ولا تُعرف في الكون مادة اكثر كثافة من المادة التي تتألف منها النجوم النيوترونية.‏

ولكن ماذا اذا ازدادت الجاذبية؟‏ في النجوم ذات الكتلة الاكبر من كتلة الشمس بنحو ثلاث مرات،‏ يعتقد العلماء ان الجاذبية اقوى من ان تحتملها النيوترونات.‏ ولا يوجد ايّ شكل من المادة يعرفه الفيزيائيون يقدر ان يقاوم القوة المتراكمة لكل هذه الجاذبية.‏ ويبدو ان الكرة التي هي بحجم كويكب تُضغط لتصير لا كرة اصغر بل عدما،‏ ما يدعى نقطة فريدة singularity،‏ او كيانا نظريا آخر غير محدد بعد.‏ فيختفي النجم على ما يظهر،‏ مُخلّفا وراءه جاذبيته وثقبا اسود حيث كان موضعه.‏ ويشكّل الثقب الاسود ظلا جاذبا مكان النجم السابق.‏ وتصير الجاذبية في هذه المنطقة قوية جدا حتى ان لا شيء —‏ حتى ولا الضوء —‏ يفلت منها.‏

‏[الصور في الصفحة ١٧]‏

تضم كوكبة الدجاجة سديم اميركا الشمالية (‏١)‏ وسديم ڤيل (‏٢)‏ وغيرهما.‏ وتقع الدجاجة 1-X (‏٣)‏ تقريبا عند عنق الدجاجة

كوكبة الدجاجة

‏[مصدر الصورة]‏

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

‏[الصور في الصفحة ١٦]‏

‏«الدجاجة 1-X» نظريا

تُكتشف الثقوب السوداء بسبب تأثيرها على الاجسام الاخرى.‏ تُظهر هذه الصورة الايضاحية غازات تُسحب من نجم الى داخل ثقب اسود

تصوُّر فنان لثقب اسود (‏داخل المستطيل الاحمر)‏ والتكبير (‏في الاسفل)‏

‏[مصدر الصورة في الصفحة ١٤]‏

Einstein: U.‎S.‎ National Archives photo