نظرية الثقب الأسود. أغرب الصور للثقوب السوداء في الفضاء

الثقوب السوداء هي الأجسام الكونية الوحيدة القادرة على جذب الضوء عن طريق الجاذبية. وهي أيضًا أكبر الأجسام في الكون. ومن غير المرجح أن نعرف ما الذي يحدث بالقرب من أفق الحدث (المعروف باسم "نقطة اللاعودة") في أي وقت قريب. هذه هي الأماكن الأكثر غموضًا في عالمنا، والتي، على الرغم من عقود من البحث، لا يزال يُعرف عنها القليل جدًا. تحتوي هذه المقالة على 10 حقائق يمكن وصفها بأنها الأكثر إثارة للاهتمام.

الثقوب السوداء لا تمتص المادة إلى نفسها

يتخيل الكثير من الناس الثقب الأسود كنوع من "المكنسة الكهربائية الفضائية" التي ترسم في الفضاء المحيط. في الواقع، الثقوب السوداء هي أجسام فضائية عادية تتمتع بمجال جاذبية قوي بشكل استثنائي.

ولو نشأ ثقب أسود بنفس الحجم مكان الشمس، لما انجذبت الأرض إليه، لكانت تدور في نفس المدار الذي تدور فيه اليوم. تفقد النجوم الموجودة بجوار الثقوب السوداء جزءًا من كتلتها على شكل رياح نجمية (يحدث هذا أثناء وجود أي نجم) وتمتص الثقوب السوداء هذه المادة فقط.

لقد تنبأ كارل شوارزشيلد بوجود الثقوب السوداء

كان كارل شوارزشيلد أول من استخدم النظرية النسبية العامة لأينشتاين لإثبات وجود "نقطة اللاعودة". ولم يفكر أينشتاين نفسه في الثقوب السوداء، رغم أن نظريته تتنبأ بوجودها.

قدم شوارزشيلد اقتراحه في عام 1915، مباشرة بعد أن نشر أينشتاين نظريته النسبية العامة. في ذلك الوقت، نشأ مصطلح "نصف قطر شفارتزشيلد" - وهي قيمة توضح مقدار الضغط الذي سيتعين عليك ضغطه على جسم ما حتى يصبح ثقبًا أسود.

من الناحية النظرية، يمكن لأي شيء أن يصبح ثقبًا أسود إذا تم ضغطه بدرجة كافية. كلما كان الجسم أكثر كثافة، كلما كان مجال الجاذبية الذي يخلقه أقوى. على سبيل المثال، ستصبح الأرض ثقبًا أسودًا إذا كانت كتلتها تساوي حجم حبة الفول السوداني.

يمكن للثقوب السوداء أن تولد أكوانًا جديدة

إن فكرة أن الثقوب السوداء يمكن أن تولد أكوانًا جديدة تبدو سخيفة (خاصة أننا لا نزال غير متأكدين من وجود أكوان أخرى). ومع ذلك، يتم تطوير هذه النظريات بنشاط من قبل العلماء.

نسخة مبسطة للغاية من إحدى هذه النظريات هي كما يلي. يتمتع عالمنا بظروف مواتية للغاية لظهور الحياة فيه. فلو تغير أي من الثوابت الفيزيائية ولو قليلاً، لما كنا موجودين في هذا العالم. إن تفرد الثقوب السوداء يتجاوز القوانين الطبيعية للفيزياء ويمكن (على الأقل من الناحية النظرية) أن يؤدي إلى ظهور كون جديد سيكون مختلفًا عن كوننا.

يمكن للثقوب السوداء أن تحولك (وأي شيء آخر) إلى معكرونة

تقوم الثقوب السوداء بتمديد الأجسام القريبة منها. تبدأ هذه الأشياء في تشبه السباغيتي (حتى أن هناك مصطلحًا خاصًا - "تحويل السباغيتي").

يحدث هذا بسبب الطريقة التي تعمل بها الجاذبية. في هذه اللحظة، ساقيك أقرب إلى مركز الأرض من رأسك، لذلك تنجذبان بقوة أكبر. على سطح الثقب الأسود، يبدأ الاختلاف في الجاذبية في العمل ضدك. تنجذب الأرجل إلى مركز الثقب الأسود بشكل أسرع فأسرع، بحيث لا يستطيع النصف العلوي من الجسم مواكبتها. النتيجة: السباغيتي!

تتبخر الثقوب السوداء مع مرور الوقت

لا تمتص الثقوب السوداء الرياح النجمية فحسب، بل تتبخر أيضًا. تم اكتشاف هذه الظاهرة عام 1974 وسميت بإشعاع هوكينج (نسبة إلى ستيفن هوكينج الذي قام بالاكتشاف).

وبمرور الوقت، يمكن للثقب الأسود أن يطلق كل كتلته في الفضاء المحيط به مع هذا الإشعاع ويختفي.

تعمل الثقوب السوداء على إبطاء الزمن بالقرب منها

ومع اقترابك من أفق الحدث، يتباطأ الوقت. لفهم سبب حدوث ذلك، علينا أن ننظر إلى "مفارقة التوأم". تجربة فكريةغالبًا ما يستخدم لتوضيح المبادئ الأساسية للنظرية النسبية العامة لأينشتاين.

يبقى أحد الأخوين التوأم على الأرض، والثاني يطير إليها رحلة فضائية، تتحرك بسرعة الضوء. بالعودة إلى الأرض، يكتشف التوأم أن شقيقه قد تقدم في العمر أكثر منه لأن الوقت يتحرك بشكل أبطأ عند السفر بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

عندما تقترب من أفق الحدث للثقب الأسود، ستتحرك بسرعة عالية بحيث يتباطأ الزمن بالنسبة لك.

الثقوب السوداء هي أنظمة الطاقة الأكثر تقدما

تولد الثقوب السوداء طاقة أفضل من الشمس والنجوم الأخرى. وذلك بسبب المادة التي تدور حولهم. عند عبور أفق الحدث بسرعة هائلة، ترتفع درجة حرارة المادة الموجودة في مدار الثقب الأسود إلى درجات حرارة عالية للغاية. وهذا ما يسمى إشعاع الجسم الأسود.

وعلى سبيل المقارنة، فإن الاندماج النووي يحول 0.7% من المادة إلى طاقة. بالقرب من الثقب الأسود تتحول 10% من المادة إلى طاقة!

الثقوب السوداء تحني الفضاء من حولها

يمكن اعتبار الفضاء بمثابة صفيحة مطاطية ممتدة عليها خطوط مرسومة عليها. إذا قمت بوضع كائن على السجل، فسوف يتغير شكله. تعمل الثقوب السوداء بنفس الطريقة. كتلتها القصوى تجذب كل شيء، بما في ذلك الضوء (ويمكن أن نطلق على أشعتها، لمواصلة التشبيه، خطوط على لوحة).

الثقوب السوداء تحد من عدد النجوم في الكون

تنشأ النجوم من السحب الغازية. لكي يبدأ تشكل النجوم، يجب أن تبرد السحابة.

يمنع الإشعاع الصادر عن الأجسام السوداء سحب الغاز من التبريد ويمنع ظهور النجوم.

من الناحية النظرية، يمكن لأي جسم أن يصبح ثقبًا أسود

الفرق الوحيد بين شمسنا والثقب الأسود هو قوة الجاذبية. وفي مركز الثقب الأسود يكون أقوى بكثير مما هو عليه في مركز النجم. إذا تم ضغط شمسنا إلى حوالي خمسة كيلومترات، فمن الممكن أن تكون ثقبًا أسود.

من الناحية النظرية، يمكن لأي شيء أن يتحول إلى ثقب أسود. ومن الناحية العملية، نعلم أن الثقوب السوداء تنشأ فقط نتيجة لانهيار النجوم الضخمة التي تتجاوز كتلة الشمس 20-30 مرة.

من كل شيء معروفة للبشريةالأجسام الموجودة في الفضاء الخارجي، تنتج الثقوب السوداء انطباعًا غريبًا وغير مفهوم. وهذا الشعور ينتاب كل شخص تقريبًا عند ذكر الثقوب السوداء، على الرغم من أن البشرية تعرف عنها منذ أكثر من قرن ونصف. تم الحصول على المعرفة الأولى حول هذه الظواهر قبل فترة طويلة من منشورات أينشتاين حول النظرية النسبية. ولكن تم تلقي تأكيد حقيقي لوجود هذه الأشياء منذ وقت ليس ببعيد.

بالطبع، تشتهر الثقوب السوداء بخصائصها الفيزيائية الغريبة، والتي تؤدي إلى المزيد من الألغاز في الكون. إنهم يتحدون بسهولة جميع قوانين الفيزياء والميكانيكا الكونية. لكي نفهم كل تفاصيل ومبادئ وجود ظاهرة مثل الثقب الكوني، نحتاج إلى التعرف على الإنجازات الحديثة في علم الفلك واستخدام خيالنا؛ بالإضافة إلى ذلك، سيتعين علينا الذهاب إلى ما هو أبعد من ذلك. المفاهيم القياسية. لتسهيل الفهم والتعرف على الثقوب الفضائية، قام موقع البوابة بإعداد الكثير معلومات مثيرة للاهتماموالتي تتعلق بهذه الظواهر في الكون.

مميزات الثقوب السوداء من موقع البوابة

بداية، تجدر الإشارة إلى أن الثقوب السوداء لا تأتي من العدم، بل تتشكل من نجوم ضخمة الحجم والكتلة. علاوة على ذلك، الأكثر ميزة عظيمةوالشيء الفريد في كل ثقب أسود هو أنه يتمتع بجاذبية قوية جدًا. قوة جذب الأجسام للثقب الأسود تتجاوز سرعة الهروب الثانية. وتشير مؤشرات الجاذبية هذه إلى أنه حتى أشعة الضوء لا يمكنها الهروب من مجال عمل الثقب الأسود، لأن سرعتها أقل بكثير.

خصوصية الجذب هي أنه يجذب كل الأشياء القريبة. كلما زاد حجم الجسم الذي يمر في محيط الثقب الأسود، كلما زاد تأثيره وجاذبيته. وبناء على ذلك، يمكننا أن نستنتج أنه كلما كان الجسم أكبر، كلما كان جذب الثقب الأسود أقوى، ومن أجل تجنب مثل هذا التأثير، يجب أن يتمتع الجسم الكوني بمعدلات سرعة عالية جدًا في الحركة.

ومن الآمن أيضًا أن نلاحظ أنه في الكون بأكمله لا يوجد جسم يمكنه تجنب جاذبية الثقب الأسود إذا وجد نفسه على مقربة منه، لأنه حتى أسرع تيار ضوئي لا يمكنه الهروب من هذا التأثير. تعتبر النظرية النسبية، التي طورها أينشتاين، ممتازة لفهم خصائص الثقوب السوداء. ووفقا لهذه النظرية، يمكن للجاذبية أن تؤثر على الزمن وتشوه المكان. وينص أيضًا على أنه كلما كان الجسم الموجود في الفضاء الخارجي أكبر حجمًا، كلما أبطأ الزمن. وفي محيط الثقب الأسود نفسه، يبدو أن الزمن يتوقف تمامًا. عندما ضرب سفينة فضائيةوفي مجال عمل الثقب الكوني، يمكن للمرء أن يلاحظ كيف ستتباطأ سرعته مع اقترابه، ثم يختفي تمامًا في النهاية.

لا ينبغي أن تخاف كثيرًا من ظواهر مثل الثقوب السوداء وتصدق كل المعلومات غير العلمية التي قد تكون موجودة في الوقت الحالي. أولًا، نحتاج إلى تبديد الأسطورة الأكثر شيوعًا والتي تقول إن الثقوب السوداء يمكنها امتصاص كل المادة والأشياء المحيطة بها، وعندما تفعل ذلك، فإنها تنمو بشكل أكبر وتمتص المزيد والمزيد. لا شيء من هذا صحيح تماما. نعم، في الواقع، يمكنهم امتصاص الأجسام والمادة الكونية، ولكن فقط تلك الموجودة على مسافة معينة من الثقب نفسه. وبصرف النظر عن جاذبيتها القوية، فهي لا تختلف كثيرًا عن النجوم العادية ذات الكتلة العملاقة. وحتى عندما تتحول شمسنا إلى ثقب أسود، فإنها لن تكون قادرة إلا على امتصاص الأجسام الموجودة على مسافة قصيرة، وستظل جميع الكواكب تدور في مداراتها المعتادة.

بالانتقال إلى النظرية النسبية، يمكننا أن نستنتج أن جميع الأجسام ذات الجاذبية القوية يمكن أن تؤثر على انحناء الزمان والمكان. بالإضافة إلى ذلك، كلما زادت كتلة الجسم، كلما كان التشويه أقوى. لذلك، في الآونة الأخيرة، تمكن العلماء من رؤية هذا في الممارسة العملية، عندما تمكنوا من التفكير في أشياء أخرى كان من المفترض أن يتعذر الوصول إليها بأعيننا بسبب الأجسام الكونية الضخمة مثل المجرات أو الثقوب السوداء. كل هذا ممكن بسبب حقيقة أن أشعة الضوء التي تمر بالقرب من ثقب أسود أو أي جسم آخر تنحني بشدة تحت تأثير جاذبيتها. يسمح هذا النوع من التشويه للعلماء بالنظر إلى مسافة أبعد في الفضاء الخارجي. لكن مع مثل هذه الدراسات يكون من الصعب للغاية تحديد الموقع الحقيقي للجسم قيد الدراسة.

لا تظهر الثقوب السوداء من العدم، بل تتشكل نتيجة انفجار نجوم فائقة الكتلة. علاوة على ذلك، لكي يتشكل ثقب أسود، يجب أن تكون كتلة النجم المنفجر أكبر بعشر مرات على الأقل من كتلة الشمس. كل نجم موجود بسبب التفاعلات النووية الحرارية التي تحدث داخل النجم. وفي هذه الحالة، يتم إطلاق سبيكة هيدروجين أثناء عملية الاندماج، لكنها لا تستطيع مغادرة منطقة تأثير النجم، لأن جاذبيتها تجذب الهيدروجين مرة أخرى. هذه العملية برمتها تسمح للنجوم بالوجود. يعتبر تخليق الهيدروجين والجاذبية النجمية من الآليات التي تعمل بشكل جيد إلى حد ما، ولكن اختلال هذا التوازن يمكن أن يؤدي إلى انفجار نجمي. وفي معظم الحالات، يكون سببها استنفاد الوقود النووي.

اعتمادا على كتلة النجم، هناك عدة سيناريوهات ممكنة لتطورها بعد الانفجار. وهكذا تشكل النجوم الضخمة مجال انفجار المستعر الأعظم، ويبقى معظمها خلف نواة النجم السابق، ويطلق رواد الفضاء على مثل هذه الأجسام اسم الأقزام البيضاء. وفي معظم الحالات، تتشكل سحابة غازية حول هذه الأجسام، والتي تثبت في مكانها بفعل جاذبية القزم. ومن الممكن أيضًا وجود طريق آخر لتطور النجوم فائقة الكتلة، حيث سيجذب الثقب الأسود الناتج بقوة شديدة كل مادة النجم إلى مركزه، مما سيؤدي إلى ضغطه القوي.

تسمى هذه الأجسام المضغوطة بالنجوم النيوترونية. وفي الحالات النادرة، بعد انفجار نجم، من الممكن تكوين ثقب أسود في فهمنا المقبول لهذه الظاهرة. ولكن لكي يتم إنشاء الثقب، يجب أن تكون كتلة النجم ضخمة جدًا. في هذه الحالة، عندما ينتهك توازن التفاعلات النووية، فإن جاذبية النجم تصبح مجنونة. في الوقت نفسه، يبدأ في الانهيار بنشاط، وبعد ذلك يصبح مجرد نقطة في الفضاء. بمعنى آخر، يمكننا القول أن النجم كجسم مادي لم يعد له وجود. وعلى الرغم من اختفائه، إلا أن ثقبًا أسودًا له نفس الجاذبية والكتلة يتشكل خلفه.

إن انهيار النجوم هو الذي يؤدي إلى اختفائها تمامًا، ويتشكل مكانها ثقب أسود له نفس الخصائص الفيزيائية للنجم المختفي. والفرق الوحيد هو أن درجة ضغط الثقب أكبر من حجم النجم. معظم الميزة الأساسيةتتمتع جميع الثقوب السوداء بتفردها الذي يحدد مركزها. تتحدى هذه المنطقة جميع قوانين الفيزياء والمادة والفضاء التي لم تعد موجودة. لفهم مفهوم التفرد، يمكننا القول أن هذا هو الحاجز الذي يسمى أفق الحدث الكوني. وهو أيضًا الحد الخارجي للثقب الأسود. يمكن تسمية التفرد بنقطة اللاعودة، حيث أن قوة الجاذبية الهائلة للثقب تبدأ في التصرف. حتى الضوء الذي يعبر هذا الحاجز غير قادر على الهروب.

لأفق الحدث تأثير جذاب يجذب جميع الأجسام بسرعة الضوء، فكلما اقتربت من الثقب الأسود نفسه، زادت مؤشرات السرعة أكثر. وهذا هو السبب في أن جميع الأشياء التي تقع ضمن نطاق هذه القوة محكوم عليها بالامتصاص في الحفرة. تجدر الإشارة إلى أن مثل هذه القوى قادرة على تعديل الجسم الذي تم التقاطه بفعل هذا الجذب، وبعد ذلك تمتد إلى خيط رفيع، ثم تتوقف تمامًا عن الوجود في الفضاء.

يمكن أن تختلف المسافة بين أفق الحدث والمتفرد، ويسمى هذا الفضاء بنصف قطر شفارتزشيلد. لهذا السبب من حجم أكبرالثقب الأسود، كلما زاد نطاق العمل. على سبيل المثال، يمكننا القول أن الثقب الأسود الذي يبلغ حجمه كتلة شمسنا سيكون نصف قطره شوارزشيلد ثلاثة كيلومترات. وبناء على ذلك، فإن الثقوب السوداء الكبيرة لها نطاق أكبر.

يعد العثور على الثقوب السوداء عملية صعبة إلى حد ما، حيث لا يمكن للضوء الهروب منها. ولذلك فإن البحث والتعريف لا يعتمدان إلا على أدلة غير مباشرة على وجودها. أكثر طريقة بسيطةوإيجادها الذي يستخدمه العلماء هو البحث عنها من خلال إيجاد أماكن في الفضاء المظلم إذا كانت ذات كتلة كبيرة. وفي معظم الحالات، يتمكن علماء الفلك من العثور على ثقوب سوداء في أنظمة النجوم الثنائية أو في مراكز المجرات.

ويميل معظم علماء الفلك إلى الاعتقاد بوجود ثقب أسود فائق القوة أيضًا في مركز مجرتنا. ويطرح هذا التصريح السؤال، هل سيتمكن هذا الثقب من ابتلاع كل شيء في مجرتنا؟ وفي الواقع هذا مستحيل، لأن الثقب نفسه له نفس كتلة النجوم، لأنه مخلوق من النجم. علاوة على ذلك، فإن جميع حسابات العلماء لا تنبئ بأي أحداث عالمية تتعلق بهذا الجسم. علاوة على ذلك، لمليارات السنين الأخرى، ستدور الأجسام الكونية لمجرتنا بهدوء حول هذا الثقب الأسود دون أي تغييرات. والدليل على وجود ثقب في وسط مجرة ​​درب التبانة يمكن أن يأتي من موجات الأشعة السينية التي سجلها العلماء. ويميل معظم علماء الفلك إلى الاعتقاد بأن الثقوب السوداء تنبعث منها بكميات هائلة.

في كثير من الأحيان توجد في مجرتنا أنظمة نجمية تتكون من نجمين، وغالبًا ما يمكن أن يصبح أحدهما ثقبًا أسود. في هذه النسخة، يمتص الثقب الأسود جميع الأجسام التي في طريقه، بينما تبدأ المادة بالدوران حوله، فيتكون ما يسمى بقرص التسارع. ميزة خاصة هي أنه يزيد من سرعة الدوران ويقترب من المركز. وهي المادة التي تسقط في وسط الثقب الأسود والتي تبعث الأشعة السينية، فتتدمر المادة نفسها.

أنظمة النجوم الثنائية هي أول المرشحين لحالة الثقب الأسود. في مثل هذه الأنظمة، من السهل جدًا العثور على ثقب أسود، نظرًا لحجم النجم المرئي، من الممكن حساب مؤشرات أخيه غير المرئي. حاليًا، قد يكون المرشح الأول لحالة الثقب الأسود هو نجم من كوكبة الدجاجة، التي تنبعث منها الأشعة السينية بشكل نشط.

استنتاجا من كل ما سبق حول الثقوب السوداء، يمكننا القول إنها ليست ظواهر خطيرة، بالطبع، في حالة القرب الشديد فهي أقوى الأجسام في الفضاء الخارجي بسبب قوة الجاذبية. لذلك، يمكننا القول أنهم لا يختلفون بشكل خاص عن الأجسام الأخرى، السمة الرئيسية لهم هي مجال الجاذبية القوي.

لقد تم اقتراح عدد كبير من النظريات فيما يتعلق بالغرض من الثقوب السوداء، وكان بعضها سخيفًا. وهكذا، وفقا لأحدهم، يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء يمكن أن تلد مجرات جديدة. هذه النظريةيعتمد على حقيقة أن عالمنا يكفي مكان مناسبلأصل الحياة، لكن إذا تغير أحد العوامل تصبح الحياة مستحيلة. وبسبب هذا تفرد وسمات التغيير الخصائص الفيزيائيةفي الثقوب السوداء يمكن أن يؤدي إلى ظهور كون جديد تمامًا، والذي سيكون مختلفًا بشكل كبير عن كوننا. لكن هذه مجرد نظرية وهي نظرية ضعيفة إلى حد ما لأنه لا يوجد دليل على مثل هذا التأثير للثقوب السوداء.

أما بالنسبة للثقوب السوداء، فهي لا تستطيع امتصاص المادة فحسب، بل يمكنها أيضًا أن تتبخر. وقد ثبتت ظاهرة مماثلة منذ عدة عقود. وهذا التبخر يمكن أن يتسبب في فقدان الثقب الأسود لكل كتلته، ثم يختفي تمامًا.

كل هذا هو أصغر جزء من المعلومات حول الثقوب السوداء التي يمكنك التعرف عليها على موقع البوابة الإلكترونية. لدينا أيضًا كمية هائلة من المعلومات المثيرة للاهتمام حول الظواهر الكونية الأخرى.

ربما تكون الثقوب السوداء أكثر الأجسام الفلكية غموضًا وإبهامًا في كوننا، فمنذ اكتشافها جذبت انتباه العلماء وأثارت مخيلة كتاب الخيال العلمي. ما هي الثقوب السوداء وماذا تمثل؟ الثقوب السوداء هي نجوم منقرضة، وذلك بسبب وجودها خصائص فيزيائية، يمتلك الكثير كثافة عاليةومثل هذه الجاذبية القوية التي لا يستطيع حتى الضوء الهروب منها.

تاريخ اكتشاف الثقوب السوداء

لأول مرة، تم اقتراح الوجود النظري للثقوب السوداء، قبل وقت طويل من اكتشافها الفعلي، من قبل د. ميشيل (كاهن إنجليزي من يوركشاير، مهتم بعلم الفلك في أوقات فراغه) في عام 1783. وفقًا لحساباته، إذا أخذنا قوتنا وقمنا بضغطها (في لغة الكمبيوتر الحديثة، أرشفتها) إلى نصف قطر يبلغ 3 كيلومترات، فسوف تتشكل قوة جاذبية كبيرة (هائلة ببساطة) بحيث لن يتمكن حتى الضوء من تركها . هكذا ظهر مفهوم "الثقب الأسود"، رغم أنه في الحقيقة ليس أسود على الإطلاق، وفي رأينا أن مصطلح "الثقب المظلم" سيكون أكثر ملاءمة، لأنه بالضبط ما يحدث هو غياب الضوء.

لاحقًا، في عام 1918، كتب العالم الكبير ألبرت أينشتاين عن مسألة الثقوب السوداء في سياق النظرية النسبية. ولكن فقط في عام 1967، ومن خلال جهود عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي جون ويلر، حصل مفهوم الثقوب السوداء أخيرًا على مكان في الأوساط الأكاديمية.

مهما كان الأمر، فإن د. ميشيل وألبرت أينشتاين وجون ويلر في أعمالهم افترضوا فقط الوجود النظري لهذه الكائنات الغامضة. الأجسام السماويةأما في الفضاء الخارجي، فقد تم الاكتشاف الحقيقي للثقوب السوداء في عام 1971، عندما شوهدت لأول مرة من خلال التلسكوب.

هذا ما يبدو عليه الثقب الأسود.

كيف تتشكل الثقوب السوداء في الفضاء

كما نعلم من الفيزياء الفلكية، فإن جميع النجوم (بما في ذلك شمسنا) لديها كمية محدودة من الوقود. وعلى الرغم من أن حياة النجم يمكن أن تستمر مليارات السنين الضوئية، إلا أن هذا الإمداد المشروط بالوقود عاجلاً أم آجلاً ينتهي، و"ينطفئ" النجم. وتترافق عملية "تلاشي" النجم مع تفاعلات مكثفة، يمر خلالها النجم بتحول كبير، ويمكن أن يتحول، حسب حجمه، إلى قزم أبيض أو نجم نيوتروني أو ثقب أسود. علاوة على ذلك، فإن أكبر النجوم ذات أحجام مثيرة للإعجاب بشكل لا يصدق، عادة ما تتحول إلى ثقب أسود - بسبب ضغط هذه الأحجام الأكثر روعة، هناك زيادة متعددة في الكتلة وقوة الجاذبية للثقب الأسود المتشكل حديثًا، والذي يتحول إلى ثقب أسود. نوع من المكنسة الكهربائية المجرية - تمتص كل شيء وكل من حولها.

ثقب أسود يبتلع نجماً.

ملاحظة صغيرة - شمسنا، وفقا لمعايير المجرة، ليست نجما كبيرا على الإطلاق وبعد انقراضها، والذي سيحدث في حوالي بضعة مليارات من السنين، على الأرجح لن يتحول إلى ثقب أسود.

لكن دعونا نكون صادقين معك - اليوم، لا يعرف العلماء بعد كل تعقيدات تكوين الثقب الأسود، مما لا شك فيه أن هذه عملية فيزيائية فلكية معقدة للغاية، والتي يمكن أن تستمر في حد ذاتها ملايين السنين الضوئية. ورغم أنه من الممكن التقدم في هذا الاتجاه يمكن أن يكون اكتشاف ما يسمى بالثقوب السوداء المتوسطة ودراستها لاحقا، أي النجوم في حالة الانقراض، والتي تجري فيها العملية النشطة لتكوين الثقب الأسود. وبالمناسبة، اكتشف علماء الفلك نجما مماثلا عام 2014 في ذراع مجرة ​​حلزونية.

كم عدد الثقوب السوداء الموجودة في الكون؟

بحسب نظريات العلماء المعاصرين في مجرتنا درب التبانةقد يكون هناك ما يصل إلى مئات الملايين من الثقوب السوداء. قد لا يكون هناك أقل منهم في مجرتنا المجاورة، والتي لا يوجد شيء يطير إليه من درب التبانة - 2.5 مليون سنة ضوئية.

نظرية الثقب الأسود

وعلى الرغم من الكتلة الهائلة (التي تزيد كتلة شمسنا بمئات الآلاف من المرات) وقوة الجاذبية المذهلة، إلا أنه لم يكن من السهل رؤية الثقوب السوداء من خلال التلسكوب، لأنها لا ينبعث منها ضوء على الإطلاق. تمكن العلماء من ملاحظة الثقب الأسود فقط في لحظة "وجبته" - امتصاص نجم آخر، في هذه اللحظة يظهر إشعاع مميز يمكن ملاحظته بالفعل. وهكذا وجدت نظرية الثقب الأسود تأكيدًا فعليًا.

خصائص الثقوب السوداء

الخاصية الرئيسية للثقب الأسود هي مجالات الجاذبية المذهلة التي لا تسمح للفضاء والوقت المحيطين به بالبقاء في حالتهما المعتادة. نعم، لقد سمعت بشكل صحيح، فالوقت داخل الثقب الأسود يمر أبطأ عدة مرات من المعتاد، وإذا كنت هناك، فعند عودتك (إذا كنت محظوظًا جدًا بالطبع)، ستتفاجأ عندما تلاحظ أن القرون قد مرت على الأرض، ولم تكبر حتى في الوقت المناسب. على الرغم من أننا لنكن صادقين، إذا كنت داخل ثقب أسود، فمن الصعب عليك البقاء على قيد الحياة، لأن قوة الجاذبية هناك تجعل أي جسم مادي سوف يتمزق ببساطة، ولا حتى إلى أجزاء، إلى ذرات.

ولكن إذا كنت قريبًا من ثقب أسود، ضمن تأثير مجال جاذبيته، فستواجه صعوبة أيضًا، لأنه كلما زادت مقاومة جاذبيته، محاولًا الطيران بعيدًا، كلما سقطت فيه بشكل أسرع. السبب وراء هذا التناقض الظاهري هو مجال دوامة الجاذبية الذي تمتلكه جميع الثقوب السوداء.

ماذا لو وقع الإنسان في الثقب الأسود؟

تبخر الثقوب السوداء

اكتشف عالم الفلك الإنجليزي س. هوكينج حقيقة مثيرة للاهتمام: يبدو أن الثقوب السوداء تصدر أيضًا تبخرًا. صحيح أن هذا ينطبق فقط على الثقوب ذات الكتلة الصغيرة نسبيًا. وتولد الجاذبية القوية المحيطة بها أزواجًا من الجسيمات والجسيمات المضادة، حيث يتم سحب أحد الزوجين إلى داخل الثقب، ويتم طرد الثاني إلى الخارج. وهكذا، فإن الثقب الأسود يصدر جسيمات مضادة صلبة وأشعة غاما. وقد سمي هذا التبخر أو الإشعاع الصادر من الثقب الأسود على اسم العالم الذي اكتشفه - "إشعاع هوكينج".

أكبر ثقب أسود

وفقًا لنظرية الثقب الأسود، يوجد في مركز جميع المجرات تقريبًا ثقوب سوداء ضخمة تتراوح كتلتها بين عدة ملايين إلى عدة مليارات من كتلة الشمس. ومؤخراً نسبياً، اكتشف العلماء أكبر ثقبين أسودين معروفين حتى الآن، يقعان في مجرتين قريبتين: NGC 3842 وNGC 4849.

NGC 3842 هي المجرة الأكثر سطوعا في كوكبة الأسد، وتقع على بعد 320 مليون سنة ضوئية منا. ويوجد في مركزها ثقب أسود ضخم يزن 9.7 مليار كتلة شمسية.

تتميز NGC 4849، وهي مجرة ​​تقع في عنقود كوما، على بعد 335 مليون سنة ضوئية، بوجود ثقب أسود مثير للإعجاب بنفس القدر.

إن مجال الجاذبية لهذه الثقوب السوداء العملاقة، أو من الناحية الأكاديمية، أفق الحدث الخاص بها، يبلغ حوالي 5 أضعاف المسافة من الشمس إلى! مثل هذا الثقب الأسود سوف يأكلنا النظام الشمسيولن أختنق حتى.

أصغر ثقب أسود

ولكن في عائلة الثقوب السوداء الواسعة، هناك أيضًا ممثلون صغيرون جدًا. وبالتالي فإن الثقب الأسود الأقزم الذي اكتشفه العلماء حتى الآن تبلغ كتلته 3 أضعاف كتلة شمسنا فقط. وفي الواقع، هذا هو الحد الأدنى النظري اللازم لتكوين ثقب أسود، فلو كان ذلك النجم أصغر قليلاً، لما تشكل الثقب.

الثقوب السوداء هي أكلة لحوم البشر

نعم هناك مثل هذه الظاهرة، فكما كتبنا أعلاه، الثقوب السوداء هي نوع من "المكانس الكهربائية المجرية" التي تمتص كل ما حولها، بما في ذلك... الثقوب السوداء الأخرى. اكتشف علماء الفلك مؤخرًا أن ثقبًا أسود من إحدى المجرات كان يتم التهامه من قبل شره أسود أكبر من مجرة ​​أخرى.

• وفقا لفرضيات بعض العلماء، فإن الثقوب السوداء ليست فقط المكانس الكهربائية المجرية التي تمتص كل شيء في حد ذاتها، ولكن في ظل ظروف معينة يمكنها أن تلد أكوان جديدة.
• يمكن أن تتبخر الثقوب السوداء مع مرور الوقت. كتبنا أعلاه أن العالم الإنجليزي ستيفن هوكينج اكتشف أن الثقوب السوداء لها خاصية الإشعاع وبعد فترة زمنية طويلة جدًا، عندما لا يتبقى شيء يمتصه، سيبدأ الثقب الأسود في التبخر أكثر، حتى مع مرور الوقت يعطي يصل بكل كتلته إلى الفضاء المحيط. على الرغم من أن هذا مجرد افتراض، فرضية.
• تعمل الثقوب السوداء على إبطاء الزمن وثني الفضاء. لقد كتبنا بالفعل عن تمدد الزمن، لكن الفضاء في ظل ظروف الثقب الأسود سيكون أيضًا منحنيًا تمامًا.
• الثقوب السوداء تحد من عدد النجوم في الكون. وهي أن مجالات الجاذبية الخاصة بها تمنع تبريد سحب الغاز في الفضاء، والتي منها، كما هو معروف، تولد نجوم جديدة.

الثقوب السوداء على قناة ديسكفري، فيديو

وفي الختام نقدم لكم فيلم وثائقي علمي شيق عن الثقوب السوداء من قناة ديسكفري

بالنسبة للعلماء في القرون الماضية والباحثين في عصرنا، فإن أكبر لغز في الكون هو الثقب الأسود. ماذا يوجد داخل هذا النظام غير المألوف تمامًا للفيزياء؟ ما هي القوانين المطبقة هناك؟ كيف يمر الوقتفي ثقب أسود، ولماذا لا تستطيع حتى الكمات الضوئية الهروب من هناك؟ الآن سنحاول بالطبع، من وجهة نظر النظرية وليس الممارسة، أن نفهم ما هو موجود داخل الثقب الأسود، ولماذا تشكل وموجود من حيث المبدأ، وكيف يجذب الأشياء المحيطة به.

أولا، دعونا نصف هذا الكائن

لذا فإن الثقب الأسود هو منطقة معينة من الفضاء في الكون. ومن المستحيل أن نفرده كنجم أو كوكب منفصل، لأنه ليس جسما صلبا ولا غازيا. وبدون فهم أساسي لماهية الزمكان وكيف يمكن أن تتغير هذه الأبعاد، فمن المستحيل فهم ما يوجد داخل الثقب الأسود. النقطة المهمة هي أن هذه المنطقة ليست مجرد وحدة مكانية. مما يشوه الأبعاد الثلاثة التي نعرفها (الطول والعرض والارتفاع) والخط الزمني. العلماء واثقون من أنه في منطقة الأفق (ما يسمى بالمنطقة المحيطة بالثقب)، يكتسب الوقت معنى مكانيًا ويمكنه التحرك للأمام والخلف.

فلنتعرف على أسرار الجاذبية

إذا أردنا أن نفهم ما يوجد داخل الثقب الأسود، فدعونا نلقي نظرة فاحصة على ماهية الجاذبية. وهذه الظاهرة هي المفتاح لفهم طبيعة ما يسمى بـ "الثقوب الدودية"، والتي لا يمكن للضوء الهروب منها. الجاذبية هي التفاعل بين جميع الأجسام التي لها الأساس المادي. وتعتمد قوة هذه الجاذبية على التركيب الجزيئي للأجسام، وعلى تركيز الذرات، وكذلك على تركيبها. كلما انهار المزيد من الجزيئات منطقة معينةالفضاء، كلما زادت قوة الجاذبية. ويرتبط هذا ارتباطًا وثيقًا بالنظرية .الانفجار العظيمعندما كان كوننا بحجم حبة البازلاء. كانت هذه حالة من التفرد الأقصى، ونتيجة لوميض الكمات الضوئية، بدأ الفضاء في التوسع بسبب حقيقة أن الجسيمات تتنافر مع بعضها البعض. يصف العلماء الثقب الأسود بالعكس تمامًا. ما هو داخل شيء من هذا القبيل وفقا لTBZ؟ تفرد يساوي المؤشرات الكامنة في كوننا لحظة ولادته.

كيف تدخل المادة إلى الثقب الدودي؟

هناك رأي مفاده أن الشخص لن يتمكن أبدًا من فهم ما يحدث داخل الثقب الأسود. لأنه بمجرد وصوله إلى هناك، سيتم سحقه حرفيًا بواسطة الجاذبية وقوة الجاذبية. في الواقع، هذا ليس صحيحا. نعم، في الواقع، الثقب الأسود هو منطقة التفرد حيث يتم ضغط كل شيء إلى الحد الأقصى. لكن هذه ليست "مكنسة كهربائية فضائية" على الإطلاق يمكنها امتصاص كل الكواكب والنجوم. أي جسم مادي يجد نفسه في أفق الحدث سوف يلاحظ تشوهًا قويًا في المكان والزمان (في الوقت الحالي، تقف هذه الوحدات منفصلة). سيبدأ نظام الهندسة الإقليدية في التعطل، وبعبارة أخرى، سوف يتقاطعان، ولن تكون الخطوط العريضة للأشكال المجسمة مألوفة. أما بالنسبة للوقت، فسوف يتباطأ تدريجياً. كلما اقتربت من الحفرة، كلما أصبحت الساعة أبطأ بالنسبة للتوقيت الأرضي، لكنك لن تلاحظ ذلك. عند السقوط في الثقب الدودي، سوف يسقط الجسم بسرعة صفر، لكن هذه الوحدة ستكون تساوي ما لا نهاية. الانحناء، الذي يساوي اللانهائي بالصفر، والذي يوقف الزمن أخيرًا في منطقة التفرد.

رد فعل للضوء المنبعث

الجسم الوحيد في الفضاء الذي يجذب الضوء هو الثقب الأسود. ما بداخله وبأي شكل هو غير معروف، ولكن يعتقد أنه ظلام دامس، وهو أمر مستحيل تخيله. الكميات الضوئية، التي تصل إلى هناك، لا تختفي ببساطة. وتتضاعف كتلتها بكتلة التفرد، مما يجعلها أكبر وتضخمها، وبالتالي، إذا قمت بتشغيل مصباح يدوي داخل الثقب الدودي لتنظر حولك، فلن يتوهج. سوف تتضاعف الكميات المنبعثة باستمرار في كتلة الثقب، وأنت، بشكل تقريبي، لن تؤدي إلا إلى تفاقم الوضع.

الثقوب السوداء في كل خطوة

كما اكتشفنا بالفعل، فإن أساس التكوين هو الجاذبية، وحجمها أكبر بملايين المرات من الأرض. لقد أعطت فكرة دقيقة عن ماهية الثقب الأسود للعالم كارل شوارزشيلد، الذي اكتشف في الواقع أفق الحدث ونقطة اللاعودة، وأثبت أيضًا أن الصفر في حالة التفرد يساوي ما لا نهاية. وفي رأيه أن الثقب الأسود يمكن أن يتشكل في أي نقطة في الفضاء. في هذه الحالة، يجب أن يصل جسم مادي معين له شكل كروي إلى نصف قطر الجاذبية. على سبيل المثال، يجب أن تتناسب كتلة كوكبنا مع حجم حبة بازلاء واحدة حتى يصبح ثقبًا أسود. ويجب أن يبلغ قطر الشمس مع كتلتها 5 كيلومترات، وعندها تصبح حالتها فردية.

الأفق لتشكيل عالم جديد

تعمل قوانين الفيزياء والهندسة بشكل مثالي على الأرض وفي الفضاء الخارجي، حيث يكون الفضاء قريبًا من الفراغ. لكنها تفقد أهميتها تمامًا في أفق الحدث. ولهذا السبب، من وجهة نظر رياضية، من المستحيل حساب ما يوجد داخل الثقب الأسود. الصور التي يمكنك التوصل إليها إذا قمت بثني المساحة وفقًا لأفكارنا حول العالم ربما تكون بعيدة كل البعد عن الحقيقة. لقد ثبت فقط أن الوقت هنا يتحول إلى وحدة مكانية، وعلى الأرجح، يتم إضافة المزيد إلى الأبعاد الحالية. هذا يجعل من الممكن الاعتقاد أنه داخل الثقب الأسود (الصورة، كما تعلمون، لن تظهر ذلك، لأن الضوء هناك يأكل نفسه) يتم تشكيل عوالم مختلفة تماما. قد تكون هذه الأكوان مكونة من مادة مضادة، وهو أمر غير معروف حاليًا للعلماء. هناك أيضًا إصدارات تفيد بأن مجال اللاعودة هو مجرد بوابة تؤدي إما إلى عالم آخر أو إلى نقاط أخرى في عالمنا.

الولادة والوفاة

الأمر الأكثر أهمية من وجود الثقب الأسود هو خلقه أو اختفائه. إن الكرة التي تشوه الزمكان، كما اكتشفنا بالفعل، تتشكل نتيجة الانهيار. يمكن أن يكون هذا انفجارا النجوم الكبارواصطدام جسمين أو أكثر في الفضاء، وهكذا. ولكن كيف أصبحت المادة التي يمكن لمسها نظريًا مجالًا للتشويه الزمني؟ اللغز هو العمل في التقدم. ولكن يتبعه سؤال ثانٍ: لماذا تختفي مجالات اللاعودة هذه؟ وإذا تبخرت الثقوب السوداء، فلماذا لا يخرج منها ذلك الضوء وكل المادة الكونية التي امتصتها؟ عندما تبدأ المادة في منطقة التفرد بالتوسع، تتناقص الجاذبية تدريجيًا. ونتيجة لذلك، يذوب الثقب الأسود ببساطة، ويبقى الفراغ الخارجي العادي في مكانه. يتبع هذا لغز آخر - أين ذهب كل ما دخل فيه؟

هل الجاذبية هي مفتاحنا لمستقبل سعيد؟

الباحثون واثقون من أن مستقبل الطاقة للبشرية يمكن أن يتشكل بواسطة ثقب أسود. ما هو داخل هذا النظام لا يزال مجهولا، ولكن ثبت أنه في أفق الحدث تتحول أي مادة إلى طاقة، ولكن، بالطبع، جزئيا. على سبيل المثال، يجد الشخص نفسه بالقرب من نقطة اللاعودة، وسوف يتخلى عن 10 بالمائة من مادته لمعالجتها وتحويلها إلى طاقة. وهذا الرقم هائل بكل بساطة، وقد أثار ضجة كبيرة بين علماء الفلك. الحقيقة هي أنه على الأرض، يتم تحويل 0.7 بالمائة فقط من المادة إلى طاقة.

الثقب الأسود
منطقة في الفضاء ناتجة عن الانهيار الكامل لجاذبية المادة، حيث تكون جاذبية الجاذبية قوية جدًا بحيث لا يمكن لأي مادة أو ضوء أو حاملات معلومات أخرى تركها. لهذا الجزء الداخليلا يرتبط الثقب الأسود ارتباطًا سببيًا ببقية الكون؛ العمليات الفيزيائية التي تحدث داخل الثقب الأسود لا يمكن أن تؤثر على العمليات خارجه. يحيط بالثقب الأسود سطح له خاصية الغشاء أحادي الاتجاه: حيث تسقط المادة والإشعاع بحرية من خلاله إلى داخل الثقب الأسود، ولكن لا يمكن لأي شيء الهروب من هناك. ويسمى هذا السطح "أفق الحدث". وبما أنه لا تزال هناك مؤشرات غير مباشرة فقط على وجود ثقوب سوداء على مسافات تصل إلى آلاف السنين الضوئية من الأرض، فإن عرضنا الإضافي يعتمد بشكل أساسي على النتائج النظرية. الثقوب السوداء، التي تنبأت بها النظرية النسبية العامة (نظرية الجاذبية التي اقترحها أينشتاين في عام 1915) وغيرها من نظريات الجاذبية الأكثر حداثة، تم إثباتها رياضيًا بواسطة ر. أوبنهايمر وه. سنايدر في عام 1939. لكن خصائص الفضاء و وتبين أن الوقت الذي قضيته بالقرب من هذه الأجسام كان غير عادي للغاية، لدرجة أن علماء الفلك والفيزيائيين لم يأخذوها على محمل الجد لمدة 25 عامًا. ومع ذلك، فإن الاكتشافات الفلكية في منتصف الستينيات جلبت الثقوب السوداء إلى السطح كحقيقة فيزيائية محتملة. إن اكتشافهم ودراستهم يمكن أن يغير أفكارنا بشكل جذري حول المكان والزمان.
تشكيل الثقوب السوداء.بينما تحدث التفاعلات النووية الحرارية في أحشاء النجم، فإنها تستمر درجة حرارة عاليةوالضغط، مما يمنع النجم من الانهيار تحت تأثير جاذبيته. ومع ذلك، مع مرور الوقت، ينضب الوقود النووي، ويبدأ النجم في الانكماش. تظهر الحسابات أنه إذا كانت كتلة النجم لا تتجاوز ثلاث كتل شمسية، فإنه سيفوز في "المعركة مع الجاذبية": سيتم إيقاف انهيار جاذبيته بسبب ضغط المادة "المنحلة"، وسيتحول النجم إلى الأبد إلى نجم. قزم أبيض أو نجم نيوتروني. لكن إذا كانت كتلة النجم أكثر من ثلاثة كتلة شمسية، فلا شيء يمكن أن يوقف انهياره الكارثي وسيدخل بسرعة تحت أفق الحدث، ليصبح ثقبًا أسود. بالنسبة لثقب أسود كروي كتلته M، يشكل أفق الحدث كرة ذات دائرة عند خط الاستواء أكبر بـ 2p مرة من "نصف قطر الجاذبية" للثقب الأسود RG = 2GM/c2، حيث c هي سرعة الضوء وG هي ثابت الجاذبية. ثقب أسود كتلته 3 أضعاف كتلة الشمس، ونصف قطر جاذبيته 8.8 كيلومتر.

إذا لاحظ عالم الفلك نجمًا في لحظة تحوله إلى ثقب أسود، فإنه في البداية سيرى كيف ينضغط النجم بشكل أسرع وأسرع، ولكن مع اقتراب سطحه من نصف قطر الجاذبية، سيبدأ الضغط في التباطؤ حتى ينضغط يتوقف تماما. وفي الوقت نفسه فإن الضوء القادم من النجم يضعف ويحمر حتى ينطفئ تماماً. يحدث هذا لأنه في المعركة ضد قوة الجاذبية الهائلة، يفقد الضوء طاقته ويستغرق المزيد والمزيد من الوقت حتى يصل إلى المراقب. عندما يصل سطح النجم إلى نصف قطر الجاذبية، فإن الضوء الذي يتركه سيستغرق قدرًا لا نهائيًا من الوقت للوصول إلى الراصد (وستفقد الفوتونات كل طاقتها). وبالتالي، فإن عالم الفلك لن ينتظر هذه اللحظة أبدًا، ناهيك عن رؤية ما يحدث للنجم تحت أفق الحدث. لكن من الناحية النظرية يمكن دراسة هذه العملية. تظهر حسابات الانهيار الكروي المثالي أنه في وقت قصير ينهار النجم إلى نقطة يتم فيها تحقيق قيم عالية لا متناهية من الكثافة والجاذبية. مثل هذه النقطة تسمى "التفرد". علاوة على ذلك، يظهر التحليل الرياضي العام أنه إذا نشأ أفق الحدث، فإن الانهيار غير الكروي يؤدي إلى التفرد. ومع ذلك، كل هذا لا يكون صحيحًا إلا إذا كانت النسبية العامة تنطبق على مقاييس مكانية صغيرة جدًا، وهو ما لسنا متأكدين منه بعد. تعمل قوانين الكم في العالم الصغير، لكن النظرية الكمومية للجاذبية لم يتم إنشاؤها بعد. ومن الواضح أن التأثيرات الكمومية لا يمكنها إيقاف انهيار النجم إلى ثقب أسود، لكنها يمكن أن تمنع ظهور التفرد. النظرية الحديثةيشير التطور النجمي ومعرفتنا بالسكان النجميين للمجرة إلى أنه من بين 100 مليار نجم يجب أن يكون هناك حوالي 100 مليون ثقب أسود تشكل أثناء انهيار النجوم الأكثر ضخامة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن العثور على ثقوب سوداء ذات كتلة كبيرة جدًا في النواة المجرات الكبيرة، بما في ذلك لنا. كما ذكرنا سابقًا، في عصرنا، فقط كتلة تزيد عن ثلاثة أضعاف كتلة الشمس يمكن أن تصبح ثقبًا أسود. ومع ذلك، مباشرة بعد الانفجار الكبير، والذي تقريبا. قبل 15 مليار سنة، بدأ توسع الكون، وكان من الممكن أن تولد ثقوب سوداء مهما كانت كتلتها. وكان من المفترض أن يتبخر أصغرها بسبب التأثيرات الكمومية، ويفقد كتلته على شكل إشعاع وتدفقات جسيمية. لكن "الثقوب السوداء الأولية" التي تزيد كتلتها عن 1015 جرامًا يمكنها البقاء على قيد الحياة حتى يومنا هذا. يتم إجراء جميع حسابات الانهيار النجمي على افتراض وجود انحراف طفيف عن التناظر الكروي وتظهر أن أفق الحدث يتشكل دائمًا. ومع ذلك، مع انحراف قوي عن التناظر الكروي، يمكن أن يؤدي انهيار النجم إلى تكوين منطقة ذات جاذبية لا متناهية القوة، ولكنها ليست محاطة بأفق الحدث؛ يطلق عليه "التفرد العاري". ولم يعد هذا ثقبًا أسود بالمعنى الذي ناقشناه أعلاه. يمكن للقوانين الفيزيائية القريبة من التفرد المجرد أن تتخذ شكلاً غير متوقع على الإطلاق. حاليًا، يعتبر التفرد العاري كائنًا غير محتمل، بينما يعتقد معظم علماء الفيزياء الفلكية بوجود الثقوب السوداء.
خصائص الثقوب السوداء.بالنسبة للمراقب الخارجي، يبدو هيكل الثقب الأسود بسيطًا للغاية. أثناء انهيار النجم إلى ثقب أسود في جزء صغير من الثانية (حسب ساعة راصد عن بعد)، فإن كل ما يحدث له الميزات الخارجية، المرتبطة بعدم تجانس النجم الأصلي، تنبعث على شكل موجات جاذبية وكهرومغناطيسية. وينسى الثقب الأسود الثابت الناتج جميع المعلومات عن النجم الأصلي، باستثناء ثلاث كميات: الكتلة الإجمالية، والزخم الزاوي (المرتبط بالدوران)، والشحنة الكهربائية. ومن خلال دراسة الثقب الأسود، لم يعد من الممكن معرفة ما إذا كان النجم الأصلي يتكون من مادة أم مادة مضادة، وما إذا كان على شكل سيجار أو فطيرة، وما إلى ذلك. في ظل الظروف الفيزيائية الفلكية الحقيقية، سيجذب الثقب الأسود المشحون جزيئات ذات علامة معاكسة من الوسط بين النجوم، وسرعان ما ستصبح شحنته صفرًا. أما الجسم الثابت المتبقي فسيكون إما "ثقب شوارزشيلد الأسود" غير الدوار، والذي يتميز بالكتلة فقط، أو "ثقب كير الأسود" الدوار، والذي يتميز بالكتلة والزخم الزاوي. تم إثبات تفرد الأنواع المذكورة أعلاه من الثقوب السوداء الثابتة في إطار النظرية النسبية العامة بواسطة دبليو. إسرائيل، وب. كارتر، وس. هوكينج، ود.روبنسون. وفقًا للنظرية النسبية العامة، ينحني المكان والزمان بسبب مجال جاذبية الأجسام الضخمة، ويحدث الانحناء الأكبر بالقرب من الثقوب السوداء. عندما يتحدث الفيزيائيون عن فترات الزمان والمكان، فإنهم يقصدون الأرقام المقروءة من ساعة أو مسطرة فيزيائية. على سبيل المثال، يمكن أن يلعب دور الساعة جزيء ذو تردد اهتزاز معين، يمكن أن يسمى عددها بين حدثين "الفاصل الزمني". إنه لأمر مدهش كيف تؤثر الجاذبية على كل شيء. الأنظمة الفيزيائيةنفس الشيء: جميع الساعات تظهر أن الزمن يتباطأ، وجميع المساطر تظهر أن الفضاء يتمدد بالقرب من الثقب الأسود. وهذا يعني أن الثقب الأسود يحني هندسة المكان والزمان حول نفسه. وبعيدًا عن الثقب الأسود، يكون هذا الانحناء صغيرًا، ولكن بالقرب منه يكون كبيرًا لدرجة أن أشعة الضوء يمكن أن تتحرك حوله في شكل دائرة. وبعيداً عن الثقب الأسود، فإن مجال جاذبيته موصوف بدقة في نظرية نيوتن لجسم له نفس الكتلة، لكن بالقرب منه تصبح الجاذبية أقوى بكثير مما تتنبأ به نظرية نيوتن. أي جسم يسقط في ثقب أسود سوف يتمزق إلى أجزاء قبل وقت طويل من عبور أفق الحدث بسبب قوى الجاذبية المدية القوية الناشئة عن الاختلافات في الجاذبية على مسافات مختلفة من المركز. يكون الثقب الأسود جاهزًا دائمًا لامتصاص المادة أو الإشعاع، وبالتالي زيادة كتلته. يتم تحديد تفاعله مع العالم الخارجي من خلال مبدأ هوكينج البسيط: مساحة أفق الحدث للثقب الأسود لا تتناقص أبدًا، ما لم يأخذ المرء في الاعتبار الإنتاج الكمي للجسيمات. اقترح جي بيكنشتاين في عام 1973 أن الثقوب السوداء تخضع لنفس القوانين الفيزيائية الهيئات المادية، انبعاث وامتصاص الإشعاع (نموذج "الجسم الأسود المطلق"). متأثرًا بهذه الفكرة، أظهر هوكينج في عام 1974 أن الثقوب السوداء يمكن أن تبعث مادة وإشعاعًا، لكن هذا لن يكون ملحوظًا إلا إذا كانت كتلة الثقب الأسود نفسه صغيرة نسبيًا. يمكن أن تولد مثل هذه الثقوب السوداء مباشرة بعد الانفجار الكبير، الذي بدأ توسع الكون. يجب ألا تزيد كتلة هذه الثقوب السوداء الأولية عن 1015 جم (مثل كويكب صغير)، ويجب أن يكون حجمها 10-15 م (مثل البروتون أو النيوترون). ينتج مجال الجاذبية القوي بالقرب من الثقب الأسود أزواجًا من الجسيمات والجسيمات المضادة؛ يمتص الثقب أحد جزيئات كل زوج، بينما ينبعث الثاني إلى الخارج. يجب أن يتصرف الثقب الأسود الذي تبلغ كتلته 1015 جم كجسم تبلغ درجة حرارته 1011 كلفن. إن فكرة "تبخر" الثقوب السوداء تتعارض تمامًا مع المفهوم الكلاسيكي لها كأجسام غير قادرة على يشع.
البحث عن الثقوب السوداء.تشير الحسابات في إطار النظرية النسبية العامة لأينشتاين فقط إلى إمكانية وجود الثقوب السوداء، لكنها لا تثبت وجودها في العالم الحقيقي على الإطلاق؛ اكتشاف ثقب أسود حقيقي سيكون خطوة مهمةفي تطور الفيزياء. إن العثور على ثقوب سوداء معزولة في الفضاء أمر صعب للغاية: لن نتمكن من ملاحظة جسم صغير مظلم على خلفية السواد الكوني. لكن هناك أمل في اكتشاف الثقب الأسود من خلال تفاعله مع الأجسام الفلكية المحيطة به، من خلال تأثيره المميز عليها. يمكن للثقوب السوداء الهائلة أن تتواجد في مراكز المجرات، وتلتهم النجوم هناك بشكل مستمر. من المفترض أن تشكل النجوم، المتمركزة حول الثقب الأسود، قمم سطوع مركزية في نوى المجرة؛ بحثهم يجري الآن بنشاط. طريقة بحث أخرى هي قياس سرعة النجوم والغاز حول جسم مركزي في المجرة. إذا كانت المسافة من الجسم المركزي معروفة، فيمكن حساب كتلته ومتوسط ​​كثافته. إذا تجاوزت الكثافة الممكنة للمجموعات النجمية بشكل ملحوظ، فمن المعتقد أنها ثقب أسود. وباستخدام هذه الطريقة، قرر ج. موران وزملاؤه في عام 1996 أنه من المحتمل أن يكون هناك ثقب أسود في وسط المجرة NGC 4258 تبلغ كتلته 40 مليون كتلة شمسية. والأكثر واعدة هو البحث عن ثقب أسود في الأنظمة الثنائية، حيث يمكن أن يدور حوله، مقترنًا بنجم عادي المركز العامبالوزن. من خلال إزاحة دوبلر الدورية للخطوط في طيف النجم، يمكن للمرء أن يفهم أنه يدور جنبًا إلى جنب مع جسم معين، بل ويمكن تقدير كتلة هذا الأخير. وإذا كانت هذه الكتلة تزيد عن 3 أضعاف كتلة الشمس، ولا يمكن اكتشاف إشعاع الجسم نفسه، فمن المحتمل جدًا أن يكون ثقبًا أسود. في النظام الثنائي المدمج، يستطيع الثقب الأسود التقاط الغاز من سطح نجم عادي. يتحرك هذا الغاز في مدار حول ثقب أسود، ويشكل قرصًا، وعندما يقترب من الثقب الأسود بشكل حلزوني، يسخن بشكل كبير ويصبح مصدرًا قويًا الأشعة السينية. يجب أن تشير التقلبات السريعة في هذا الإشعاع إلى أن الغاز يتحرك بسرعة في مدار نصف قطره صغير حول جسم صغير ضخم. منذ السبعينيات، تم اكتشاف العديد من مصادر الأشعة السينية في الأنظمة الثنائية مع وجود علامات واضحة على وجود ثقوب سوداء. والأكثر واعدة هو ثنائي الأشعة السينية V 404 Cygni، الذي تقدر كتلة المكون غير المرئي منه بما لا يقل عن 6 كتلة شمسية. يوجد مرشحون آخرون للثقوب السوداء في أنظمة الأشعة السينية الثنائية Cygnus X-1 وLMCX-3 وV 616 Monoceros وQZ Chanterelles والأشعة السينية المستعرة Ophiuchus 1977 و Mucha 1981 و Scorpio 1994. الاستثناء هو LMCX- 3، وتقع في سحابة ماجلان البولشوي، وتقع جميعها في مجرتنا على مسافة حوالي 8000 سنة ضوئية. سنوات من الأرض.
أنظر أيضا
علم الكونيات.
جاذبية؛
انهيار الجاذبية.
النسبية؛
علم الفلك خارج الغلاف الجوي.
الأدب
تشيريبشوك إيه إم. كتل الثقوب السوداء في الأنظمة الثنائية. التقدم في العلوم الفيزيائية، المجلد 166، ص. 809، 1996

موسوعة كولير. - المجتمع المفتوح. 2000 .

تعرف على معنى "الثقب الأسود" في القواميس الأخرى:

الثقب الأسود، منطقة محلية من الفضاء الخارجي لا يمكن لأي مادة أو إشعاع الهروب منها، أي أن السرعة الكونية الأولى تتجاوز سرعة الضوء. وتسمى حدود هذه المنطقة بأفق الحدث .... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

كوني جسم ينشأ نتيجة لضغط الجسم بفعل الجاذبية. القوى إلى أحجام أصغر من نصف قطر الجاذبية rg=2g/c2 (حيث M هي كتلة الجسم، G هو ثابت الجاذبية، c هي القيمة العددية لسرعة الضوء). التنبؤ بوجود...... الموسوعة الفيزيائية

الاسم وعدد المرادفات: نجمتان (503) غير معروف (11) قاموس المرادفات ASIS. ف.ن. تريشين. 2013… قاموس المرادفات