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!‏

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.‏