"درب التبانة".. ما وراء الثقب الأسود

كتلة الثقب الأسود يبلغ حجمها 4 ملايين شمس هي أمر مذهل، لكن هذا الثقب الأسود ليس غريبا عن الطبيعة. يبدو أن هذا نموذجي باستثناء أصغر المجرات. ومع ذلك، لا أحد يعلم تماما متى وكيف تشكلوا.

أحد أسباب انبهار العلماء بالثقوب السوداء هو أنها تمسك بنسيج الزمان والمكان، مما يؤدي إلى إبطاء الزحف، بينما تدور المادة نحو نقطة اللاعودة. حقيقة أن الثقوب السوداء تتحايل مع مرور الوقت هي التي استحوذت على خيال ليا ميديروس، زميلة تدرس الدكتوراه في معهد الدراسات المتقدمة، وجزء من الفريق الذي استخدم مجموعة من ثمانية تلسكوبات لإنشاء أول صورة للمادة وهي تدور حول ثقب أسود هائل في وسط مجرة درب التبانة.

كانت لا تزال طالبة في المدرسة الثانوية عندما قرأت لأول مرة أن الثقوب السوداء تشوه الوقت - وقررت أن تجد طريقة لتكرس حياتها لدراستها. لا يقتصر الأمر على تباطؤ الوقت بالقرب من الثقب الأسود فائق الكتلة، ولكن من الناحية النظرية، فإن بداخله، يمكن للوقت والمكان بطريقة ما تبديل الأماكن. يمكن للجهود المبذولة لفهم الثقوب السوداء أن تقود العلماء إلى فهم أكثر شمولا لبقية الكون، وأصله الذي لا يزال غامضا.

يُطلق على مشروع تصوير الثقب الأسود الطموح اسم Event Horizon Telescope وهدفه النظر عن كثب قدر الإمكان عند الحدود التي لا يمكن للضوء بعدها أن يفلت من جاذبية الثقب الأسود. هناك ثمانية تلسكوبات منتشرة حول العالم تعمل معا لإنشاء كل صورة. في عام 2019، كشف نفس الفريق النقاب عن حلقة دائرية متوهجة مماثلة من المادة تدور حول ثقب أسود فائق الكتلة أكبر بكثير ولكنه أبعد في وسط مجرة تسمى M87.

بينما استغرقت كلتا الصورتين سنوات من العمل وفريقا مكونا من أكثر من 300 عالم، فإن الثقب الأسود لمجرتنا يمثل تحديا أكبر. بينما تبلغ كتلة الثقب الأسود نفسه حجم 4 ملايين شمس، فإن الحلقة المتوهجة في الصورة تمتد على مساحة صغيرة نسبيا من الفضاء، أصغر من حجم مدار عطارد. وهي أيضا تبعد بنحو 27000 سنة ضوئية ويغطيها ضباب كثيف من الغاز والغبار. قالت ميديروس إنهم اختاروا طول موجي معين في الطيف الراديوي اخترق هذا الجدار السميك من الغبار - على غرار الطريقة التي تخترق بها الأشعة السينية جسم الإنسان.

بصفتها أحد واضعي النظريات في الفريق، فقد ساعدت في معرفة الطول الموجي الذي يجعلهم أقرب إلى أفق الحدث الفعلي للثقب الأسود، والذي يُسمى (القوس أ *)، لأنه موجود في كوكبة القوس، على الرغم من أنه بعيد جدا عن النجوم الأخرى التي تكوّن الشكل. (قد تتساءل عن علامة النجمة. حدد علماء الفلك منطقة تعرف باسم (القوس أ - من دون علامة النجمة) في مركز مجرتنا. أما (القوس أ) مع علامة النجمة، فهو منطقة فرعية أصغر حيث يُعتقد أن الثقب الأسود موجود. وقد تم الاستدلال على وجوده من ملاحظات أخرى مثل دوامات النجوم القريبة، على الرغم من أنها لم تكن مرئية.

كتلة الثقب الأسود يبلغ حجمها 4 ملايين شمس هي أمر مذهل، لكن هذا الثقب الأسود ليس غريبا عن الطبيعة. يبدو أن هذا نموذجي باستثناء أصغر المجرات. ومع ذلك، لا أحد يعلم تماما متى وكيف تشكلوا.
أي أنه من غير المعروف ما إذا كان (القوس أ*)، قد أصبح كبيراً جداً من خلال استهلاك 4 ملايين نجم، أو ما إذا كان قد ولد من كتلة في المادة البدائية للكون، وبعد ذلك بدأت النجوم تضيء من حوله. أو ربما تتشكل الثقوب السوداء والمجرات معا. إن الثقب الأسود الخاص بنا هادئ نسبيا، ولهذا كان من الصعب جدا التقاط صورة لأي شيء قريب منه. أطلقت عليه عضوة الفريق، فريال أوزيل، من جامعة أريزونا اسم (عملاقنا اللطيف). 

أما الثقوب السوداء الأخرى، البعيدة، فهي منخرطة في نشاط مرئي وأكثر عنفا. يخلق عمل النجوم التي يتم تمزيقها وسحبها إلى أفق الحدث ضوءا يسطع علينا من أقاصي الكون، ويعطينا لمحة عن مرحلة سابقة في تطور الكون.

قال آفي لوب، أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد، إن ثقبنا الأسود في مرحلة هادئة الآن. هذا لأنه استهلك معظم المواد الموجودة في نطاقه. لكنه يمكن أن ينفجر في نشاط جديد عندما تندمج مجرتنا مع جارتنا (أندروميدا)، وتحدث اهتزازاً وتجلب نجوماً جديدة ومادة قريبة بما يكفي لسحبها إلى الداخل. لن يحدث ذلك لعدة مليارات من السنين.

الثقوب السوداء، مثله مثل أصل الكون، تعتبر أموراً فردية، لأن الزمان والمكان ينحنيان إلى ما لا نهاية. عندما يتحدث علماء الكونيات عن الانفجار العظيم، فإنهم يستنبطون كوننا المتوسع إلى الخلف في الوقت المناسب حتى يصبح كل شيء كثيفا بشكل لانهائي وينحني الفضاء بلا حدود. وستتراكم كتلة الكون في نقطة متناهية الصغر. لكن العديد من الفيزيائيين يرون أن هذا علامة على أن ما يحدث بالفعل لا يمكن وصفه إلا بقوانين الفيزياء التي لم يتم اكتشافها بعد.

عند الانفجار العظيم وفي الثقوب السوداء، تبدأ قوانين الفيزياء في التعثر - لا يمكن وصف سلوكها من خلال نظرية النسبية لأينشتاين، التي تعمل بمقاييس كبيرة، أو ميكانيكا الكم، التي تحكم الأشياء على نطاق مجهري.

بينما يُقال إن الطبيعة تمقت الفراغ، يقول جيمس بيبلز، عالم الكونيات بجامعة برينستون، إن الفيزيائيين يمقتون التفردات. ويضيف: «نأمل أن يكون للكون نفور مماثل». عندما تستقرئ بالعودة إلى ما حدث من قبل، تبدأ في حساب «درجة حرارة عالية بشكل تعسفي، وانحناء فضاء مرتفع بشكل تعسفي... وهذا أمر سيء، على ما نعتقد».

وهذا يعني أن قوانين الفيزياء لدينا ليست كاملة. ولكن من الجيد أنه يترك الباب مفتوحا أمام نظريات جديدة يمكن أن تكون أكثر وضوحا واكتمالا وحتى مفيدة لنا هنا على الأرض.

(الاتحاد الإماراتية)