نقطة البداية مألوفة بما يكفي
الثقب الأسود جزء من الزمكان ولكنه ملتوٍ بصورة هائلة، وعندما تكون الجاذبية شديدة بشكل هائل، فلا يمكن لأي شيء الهرب، حتى الضوء، حسبما يقول الفيزيائي بيدرو فيرييرا من جامعة أوكسفورد.
الثقوب السوداء هي نقاط في الفضاء كثيفة للغاية بحيث تخلق أحواض جاذبية عميقة. خارج منطقة معينة ، لا يمكن حتى للضوء الهروب من الجاذبية القوية لجاذبية الثقب الأسود. وأي شيء يقترب كثيرًا - سواء كان نجمًا أو كوكبًا أو مركبة فضائية - سيتم شده وضغطه مثل المعجون في عملية نظرية تُعرف على نحو مناسب باسم السباغيتي.
هناك أربعة أنواع من الثقوب السوداء : النجمية ، والمتوسطة ، والهائلة ، والمصغرة. الطريقة الأكثر شيوعًا لتكوين الثقب الأسود هي الموت النجمي. عندما تصل النجوم إلى نهاية حياتها ، سوف يتضخم معظمها ، ويفقد كتلتها ، ثم يبرد ليشكل أقزامًا بيضاء . لكن أكبر هذه الأجسام النارية ، التي لا تقل كتلتها عن 10 إلى 20 ضعف كتلة شمسنا ، مقدر لها أن تصبح إما نجوما نيوترونية فائقة الكثافة أو ما يسمى بالثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية.
في مراحلها الأخيرة ، تخرج النجوم الهائلة بانفجارات هائلة تُعرف باسم المستعرات الأعظمية. مثل هذا الانفجار يقذف المادة النجمية إلى الفضاء ولكنه يترك وراءها النواة النجمية. بينما كان النجم على قيد الحياة ، أحدث الاندماج النووي دفعة خارجية ثابتة وازنت الجاذبية الداخلية من كتلة النجم نفسه. ومع ذلك ، في البقايا النجمية للمستعر الأعظم ، لم تعد هناك قوى لمعارضة هذه الجاذبية ، لذلك يبدأ قلب النجم في الانهيار على نفسه.
إذا انهارت كتلته إلى نقطة صغيرة جدًا ، يولد ثقب أسود. إن حشو كل هذا الحجم - أكبر بكثير من كتلة شمسنا - في مثل هذه النقطة الدقيقة يعطي الثقوب السوداء قوة جاذبيتها. قد تكمن الآلاف من هذه الثقوب السوداء ذات الكتل النجمية داخل مجرتنا درب التبانة.
ثقب أسود واحد ليس مثل الثقب الأسود
الثقوب السوداء الهائلة ، التي تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، يمكن أن يكون لها كتل تساوي بلايين الشمس. من المحتمل أن تختبئ هذه الوحوش الكونية في مراكز معظم المجرات. تستضيف مجرة درب التبانة ثقبًا أسود هائلًا خاصًا بها في مركزها يُعرف باسم القوس A * والذي يزيد حجمه عن أربعة ملايين ضعف كتلة شمسنا.
أصغر أعضاء عائلة الثقب الأسود نظريون حتى الآن. ربما تكون هذه الدوامات الصغيرة من الظلام قد دارت إلى الحياة بعد فترة وجيزة من تشكل الكون مع الانفجار العظيم ، قبل حوالي 13.7 مليار سنة ، ثم تبخرت بسرعة. يشك علماء الفلك أيضًا في وجود فئة من الأجسام تسمى الثقوب السوداء متوسطة الكتلة موجودة في الكون ، على الرغم من أن الأدلة عليها قابلة للنقاش حتى الآن.
بغض النظر عن حجمها الأصلي ، يمكن للثقوب السوداء أن تنمو طوال حياتها ، فتلتقط الغاز والغبار من أي أجسام تزحف على مسافة قريبة جدًا. أي شيء يمر عبر أفق الحدث ، النقطة التي يصبح عندها الهروب مستحيلًا ، هو نظريًا مقدر له أن يكون معكرًا بفضل الزيادة الحادة في قوة الجاذبية عندما تسقط في الثقب الأسود.
كما الفيزياء الفلكية نيل تايسون مرة واحدة وصفت هذه العملية: "بينما كنت الحصول على الضغوط، كنت الحصول على تقلص مقذوف من خلال نسيج الفضاء مثل معجون الأسنان من خلال أنبوب."
لكن الثقوب السوداء ليست بالضبط " مكانس كهربائية كونية " ، كما هو موضح غالبًا في وسائل الإعلام الشعبية. يجب أن تزحف الأجسام إلى حد ما بالقرب من أحدها لتفقد شد الحبل الجاذبي هذا. على سبيل المثال ، إذا تم استبدال شمسنا فجأة بثقب أسود من نفس الكتلة ، فإن عائلة الكواكب الخاصة بنا ستستمر في الدوران دون إزعاج ، إذا كانت أقل دفئًا وإضاءة.
يطل من خلال الظلام
نظرًا لأن الثقوب السوداء تبتلع كل الضوء ، لا يمكن لعلماء الفلك رصدها مباشرة كما يفعلون مع العديد من الأجسام الكونية البراقة في السماء. لكن هناك بعض المفاتيح التي تكشف عن وجود ثقب أسود.
أولاً ، الجاذبية الشديدة للثقب الأسود تجذب أي أجسام محيطة. يستخدم علماء الفلك هذه الحركات الشاذة لاستنتاج وجود الوحش غير المرئي الذي يتربص في الجوار. أو يمكن للأجسام أن تدور حول ثقب أسود ، ويمكن لعلماء الفلك البحث عن النجوم التي يبدو أنها لا تدور حول أي شيء لاكتشاف مرشح محتمل. هذه هي الطريقة التي حدد بها علماء الفلك أخيرًا القوس A * على أنه ثقب أسود في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
الثقوب السوداء هي أيضًا أكلة فوضوية ، والتي غالبًا ما تخون مواقعها. أثناء ارتشافهم للنجوم المحيطة ، فإن قوى الجاذبية والمغناطيسية الهائلة لديهم تسخن الغاز والغبار المتساقطين ، مما يؤدي إلى إصدار إشعاع. بعض هذه المادة المتوهجة تغلف الثقب الأسود في منطقة دائرية تسمى قرص التراكم. حتى المادة التي تبدأ في السقوط في الثقب الأسود ليست بالضرورة موجودة لتبقى. يمكن للثقوب السوداء أحيانًا إخراج غبار النجوم المتساقط في تجشؤات هائلة محملة بالإشعاع .
الثقوب السوداء بين نظرية النسبية العامة وميكانيكا الكم
تقول النسبية العامة أنه عندما تسقط مادة ما في ثقب أسود، يتم تدمير المعلومات، تقول ميكانيكا الكم أن هذا مستحيل. إننا نحتاج لنظرية موحدة توفّق النظريتين بطريقة ما، يحتمل حدوث هذا عن طريق إعادة تخيل الزمكان على أنه شيء تقريبي فحسب، كما يقول غيدينغس. تقدم نظرية الأوتار إحدى الطرق لذلك، وربما تحول نظرتنا للثقوب السوداء إلى "كرات مزغبة" ليس لها متفردة ولا أفق حدث ــ أشياء كثيفة شبيهة بالنجوم تبدو بشكل أساسي مثل كرة متشابكة في وتر الزمكان.