التقوب الـــسوداء هل فيها نهايتنا؟!
مجرد التفكير فيها قد يصيب المرء بالانقباض. لم يرصدها أحد من قبل على نحو قاطع، لكن كل الحسابات الرياضية والفيزيائية تؤكد وجودها. أجسام معتمة ذات كثافة لا نهائية تتجاوز كتلة أصغرها ثلاث كتل شمسية. وهي قادرة على ابتلاع أي كوكب أو نجم يسقط فيها. العلماء متأكدون من أنها موجودة في مجرتنا، فهل تكون فيها نهايتنا؟
تختلف تقديرات مقدار المادة السوداء في الكون من فلكي لآخر. ومن المحتمل أن تكون المادة السوداء أكثر من الكتل المضيئة بعشرات المرات، وقد تصل إلى مئة مرة. ومن الغريب أن النجوم التي نراها الآن، وكنا نعتقد منذ زمن بعيد أنها المكونة لمعظم الكون، يبدو أنها لا تشكل سوى قدر صغير من مجموعه.
والآن يعتقد علماء الفلك والكون أن المادة التي نراها أقل بكثير من حجمها الفعلي في الكون، لأنه ليست كل الأجرام في الكون تشع ضوءا. فالأجسام السوداء مثل النجوم المعتمة والكواكب والثقوب السوداء، لا تسترعي انتباهنا إلى حد كبير.
كذلك فإن كتلة المجرة ليست إلا جزءا من الموضوع، إذ يوجد الكثير من المادة المعتمة أو غير المرئية في الأطراف البعيدة من قرص المجرة. بل ومن المحتمل أيضا أن توجد مقادير لا بأس بها من المادة السوداء وراء الحافة المرئية وخارج مستوى القرص المضيء ذاته مغلفة درب التبانة في هالة خفيفة تمتد بعيدا داخل فضاء ما بين المجرات. وقد تم رصد حالات مشابهة لذلك في مجرات أخرى. إذ توضح القياسات أن المناطق المرئية من المجرات تعد في المتوسط أكبر عشر مرات من الضخامة قدر ما يفترضه بريقها ويتوقع أن ترتفع هذه النسبة إلى خمسة آلاف مرة في المناطق البعيدة.
اكتشاف المادة السوداء
حتى نستطيع تعيين الكتلة الموجودة في الكون لابد من جمع الكمية الإجمالية للمادة المرئية. لكن ما نستطيع قياسه مباشرة هو ضيائيتها، لا كتلتها. لذلك أخذت نسبة الكتلة المتوقعة «م» للجرم السماوي إلى ضيائيته أو لمعانه «ل» (م/ل)، فوجد أن هذه النسبة في حالة المجرات أكبر منها في حالة الشمس بعدة مرات. وهكذا استنتج العلماء أن الكثافة المتوسطة للمادة المضيئة في الكون أصغر بنحو 2% من الكثافة اللازمة لإيقاف توسع الكون وهذا يدل على وجود مادة خفية في الكون.
كذلك فإن قياس سرعة دوران المجرات الحلزونية ذات الأذرع يعد دليلا على وجود مادة غير مضيئة في الكون، ويتم ذلك باستخدام نظرية «دوبلر» التي تؤكد إنه إذا كانت المجرة تقترب منا انزاح طيفها القادم إلينا من قلبها قليلا نحو الزرقة، وإذا كانت تبتعد عنا فإن الذراع الذي يعطي طيفا أشد احمرارا من الطيف الوارد من قبل المجرة تؤدي جهة دورانه إلى اقترابه منا. وقد أكدت كل الدراسات على وجود مادة غير مرئية بكميات أكبر مما هو مرئي.
واتضح فيما بعد أن هناك «هالات» من المادة المظلمة حول المجرات هي السبب في دوران النجوم في المناطق النائية من المجرات بنفس سرعة دوران النجوم بالقرب من مركزها. وقدر علماء الفلك أن هالة المادة السوداء المحيطة بمجرة «درب التبانة» تمتد إلى مسافة نحو خمسة ملايين سنة ضوئية من مركزها. وبالمقارنة فإن نصف قطر المادة المرئية في مجرتنا يبلغ حوالي خمسين ألف سنة ضوئية فقط.
ويستطيع الباحثون أن يستنتجوا وجود الثقوب السوداء استنادا إلى أن النجوم تتحرك في المناطق القريبة من مراكز المجرات بسرعة عالية لدرجة تجعلها تطير بعيدا في الفضاء لولا وجود كتلة مركزية هائلة ـ تعادل بليون كتلة شمسية ـ تشدها بفعل الجاذبية نحو الداخل. ولابد للجسم الذي يحتوي على هذه الكتلة الهائلة أن يكون ذا كثافة عالية حقا. ولا يعرف العلماء نظريا جسما بهذه الخاصية سوى الثقب الأسود.
كذلك فإن العديد من مراكز المجرات والمنظومات النجمية الثنائية تقوم بإطلاق كميات من الإشعاعات والمادة بمعدلات هائلة، لذا لابد أن تحتوي هذه الأجسام على آلية فعالة لإنتاج الطاقة، والأداة الأكثر فاعلية في ذلك هي الثقب الأسود نفسه من الناحية النظرية على الأقل.
هذه الحجج تبرهن فقط على وجود أجسام شبيهة بالثقوب السوداء، ولا تؤكد وجود الثقوب السوداء نفسها اعتمادا على خصائصها الفريدة، حيث أن إثبات وجود الثقب هنا لا يأتي إلا من غياب البديل. بل إن الغموض يكتنف التحقق في حالة المنظومات النجمية الثنائية. حيث يعلم الفلكيون وجود جسم شبيه بالثقب الأسود له بعض خواص الثقب الأسود وهو النجم النيتروني.
وتستطيع الأقمار الصناعية الفضائية أن تتبين الثقوب السوداء التي هي بقايا نجوم هائلة الكتلة واجهت الانهيار بسبب الجاذبية. ويمكن تمثيل الثقب الأسود بانخفاض أشبه بالبوق في المتصل المكاني الزماني. وهذه الصورة ليست صحيحة بشكل مطلق، مما اضطر «أينشتاين» لافتراض وجود انخفاضين أشبه بالبوق متحدين مع بعضهما بغية إبقاء نموذج الثقب الأسود منسق ذاتيا.
استنتاج الثقوب السوداء
يعتقد عدد من العلماء أن المادة المظلمة كانت تتكون من جسيمات ثقيلة نشأت وقت الانفجار الأعظم عند خلق الكون، أطلق عليها الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل. ولقد تنبأت بها نظرية «التوتر الفائق» والتي تنص على أن كل قوى الكون (أي الكهرومغناطيسية والجاذبية والقوة القوية والقوة الضعيفة) كانت موحدة في اللحظات الأولى من خلق الكون. وتبعا لهذه النظرية، فإن الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل مستقرة ولا تزال موجودة حتى وقتنا هذا في شكل بقايا للانفجار الأعظم. ولكن يصعب جدا اكتشاف هذه الجسيمات لضعف تفاعلاتها المتبادلة مع المادة العادية ومن ثم ربما تكون هي التي تشكل المادة السوداء في الكون.
أوضح الفيزيائيون أنه يمكن تزويد المختبرات المقامة تحت سطح الأرض بمختلف أنواع أجهزة الكشف للتعرف على هذه الجسيمات. ووجدوا أنه إذا تم تبريد بلورة من مادة «السيليكون» النقي إلى درجة حرارة منخفضة جدا تقترب من الصفر المطلق (ـ15،273 درجة مئوية)، فإن اصطدام جسيم واحد من الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل بنواة ذرة السليكون قد ترفع حرارة البلورة إلى قيمة يمكن قياسها. ومازال الفيزيائيون يقومون ببناء أجهزة كشف عن الجسيمات الكتلية ضعيفة التفاعل للتحقق من مدى صحة أن تكون هي المادة المظلمة الغامضة في الكون.
ولكن أحدا لم يتمكن حتى الآن من اكتشاف المادة السوداء. ولعل ذلك لا يثير دهشتنا، فالحسابات النظرية تبين لنا أن تفاعلات المادة العادية مع الجسيمات الكتلية ضعيفة. ولدفع قضية البحث عن المادة السوداء إلى الأمام، فإنه يتعين على علماء الفلك القيام بتصميم جيل جديد من الكشافات التي يمكنها العمل بأقل قدر من الطاقة لكل عملية كشف واحدة وهذا أمر بالغ الصعوبة.
ولقد تم اكتشاف ثقب أسود عابر معروف باسم GRO J1655-40. وقتئذ استطاع الفلكيون مشاهدة تغيرات في السرعة المدارية لنجمه الرفيق، وهو ما أدى إلى الحصول على قياسات دقيقة لكتلة الجسم المتراص، كما شاهدوا دلائل على أن الثقب الأسود يلف بسرعة، وأن هناك اهتزازات قريبة من الثقب ودفقات من المادة تنبثق بسرعة تقترب من سرعة الضوء. وهذا ما هو غير موجود بالنسبة للأجسام الشبيهة بالثقوب السوداء، مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيترونية، ناهيك عن الأجسام السماوية المرئية والتي نعرفها على صفحة السماء.
وقد توصل الفلكيون إلى طريقة للتفرقة بين الثقوب السوداء والأجسام المشابهة لها. وهذه الطريقة تعتمد على اختلاف واضح بين النجوم النيترونية والثقوب السوداء. فالنجوم النيترونية لها سطوح قياسية يمكن أن تتراكم عليها المادة المنجذبة نحو الجسم أما المادة التي تسقط على الثقوب السوداء فتبتلع وتختفي إلى الأبد. ويؤدي هذا الاختلاف إلى تغيير دقيق في الأشعة المنبعثة من المنطقتين المحيطتين بهذين الجسمين مما يتيح للفلكيين أن يبرهنوا على أن الثقب الأسود ـ الجسم الأكثر غرابة في الكون ـ هو حقيقة واقعة.
إن الجاذبية الشديدة داخل الثقوب السوداء هي التي تجعل منها محركات فعالة، وتتعرض في طريقها للتصادم بأجسام أخرى وتتحطم، مما يؤدي إلى تسخين المواد قرب الثقب. ولما كانت هذه الأجسام تتحرك بسرعة عالية تقارب سرعة الضوء، فإن الطاقة الملازمة للكتلة الساكنة تساوي حاصل ضرب الكتلة في مربع سرعة الضوء، وحتى يعود الجسم إلى موقعه الأول بعيدا عن الثقب سيحتاج إلى أن يتنازل عن جزء كبير من كتلته محولا إياها إلى طاقة. وهكذا فان الثقوب السوداء تستطيع تحويل الكتلة الساكنة إلى طاقة حرارية.
تحياتي لكم سلمون
