إذا كنت قد تساءلت يومًا عما يمكن أن يحدث إذا لم يحالفك الحظ لتسقط في ثقب أسود، فإن وكالة ناسا لديها الإجابة.
تصور تم إنشاؤه على كمبيوتر عملاق تابع لوكالة ناسا للاحتفال ببداية أسبوع الثقب الأسود يوم الاثنين (6 مايو) يأخذ المشاهد في اتجاه واحد وراء أفق الحدث للثقب الأسود.
تمثل هذه الحدود الخارجية للثقب الأسود النقطة التي لا يتحرك عندها حتى الضوء بسرعة كافية للهروب من جاذبية الثقب الأسود الشديدة. وهذا يعني أن أفق الحدث، الذي يتميز بحلقة ذهبية خارج قلب الثقب الأسود، هو نقطة اللاعودة التي لا يستطيع أي راصد بعيد استعادة المعلومات منها.
وفي محاكاة ثانية، بدلًا من ذلك، نحلق حول أفق الحدث، في عملية تتحدى مفهومنا للزمان والمكان.
متعلق ب: محطم الأرقام القياسية! الثقب الأسود الأكثر وحشية في درب التبانة من حيث الكتلة النجمية هو عملاق نائم يتربص بالقرب من الأرض (فيديو)
“يسأل الناس في كثير من الأحيان عن هذا، ومحاكاة هذه العمليات التي يصعب تخيلها تساعدني على ربط الرياضيات النسبية بالعواقب الفعلية في الكون الحقيقي،” مبتكر التصورات جيريمي شنيتمان، عالم الفيزياء الفلكية في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت. وقالت ميريلاند في بيان.
“لذلك قمت بمحاكاة سيناريوهين مختلفين، أحدهما حيث تخطئ الكاميرا – التي تحل محل رائد فضاء جريء – في أفق الحدث وتعود بالمقلاع، والآخر حيث تعبر الحدود، وتحدد مصيرها.”
السقوط في الثقب الأسود
الثقب الأسود الذي نقع فيه، كمشاهدين لمحاكاة وكالة ناسا، تبلغ كتلته حوالي 4.3 مرة كتلة الشمس. وهذا يجعله ثقبًا أسود هائلًا يشبه ثقب القوس A* (Sgr A*)، وهو الثقب الأسود الموجود في قلب مجرة درب التبانة، والذي يُقدر أن كتلته تقارب هذه الكتلة. وهناك ثقوب سوداء فائقة الكتلة أخرى أكبر بكثير، حيث يعادل بعضها مليارات الشموس.
والأمر المثير للاهتمام هو أنه إذا كان لديك خيار الثقب الأسود الذي ستهوي إليه، فالثقب الأسود الأكبر هو الأفضل.
وقال شنيتمان: “إذا كان لديك الخيار، فأنت تريد الوقوع في ثقب أسود هائل”. “الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي تحتوي على ما يصل إلى حوالي 30 كتلة شمسية، تمتلك آفاق حدث أصغر بكثير وقوى مد وجزر أقوى، والتي يمكن أن تمزق الأجسام المقتربة قبل أن تصل إلى الأفق”.
عند السقوط باتجاه قلب الثقب الأسود، أي تفرده، تزيد قوى الجاذبية من النقطة التي تكون فيها قوى المد شديدة للغاية بحيث يتم تمديد الجسم عموديًا وسحقه أفقيًا. يؤدي هذا إلى تحويل هذا الجسم، سواء كان نجمًا أو رائد فضاء، إلى معكرونة أو “معكرونة”. لن يكون مفاجئًا أن هذه العملية ستقتل أي إنسان يمر بها.
كلما زادت كتلة الثقب الأسود، كلما زاد موقع أفق الحدث الخاص به عن نقطة تفرده. وهذا يعني أنه في حالة وجود ثقب أسود هائل، ستتاح لرائد الفضاء فرصة عبور أفق الحدث قبل أن يواجه مصيره المروع.
تبدأ عمليات المحاكاة على بعد حوالي 400 مليون ميل (640 مليون كيلومتر) من هدفنا بينما نتسابق نحو الثقب الأسود الهائل بسرعات تقترب من سرعة الضوء. عندما يملأ الثقب الأسود مجال رؤيتنا، يصبح الضوء الصادر من المادة المحيطة به أكثر كثافة.
وبالقرب من وجهتنا، يتغير منظر نجوم الخلفية مع انحناء تأثيرات الجاذبية للثقوب السوداء فائقة الكتلة على الزمكان، وبالتالي يصبح الضوء من مصادر الخلفية واضحًا. توجد حول الثقب الأسود مباشرة حلقة من الضوء تدور حول الثقب الأسود بسبب الانحناء الشديد للفضاء الذي يخلقه الثقب الأسود بكتلته الهائلة.
قبل الوصول إلى أفق الحدث وحلقة الفوتون، يواجه رائد الفضاء سحابة مسطحة من الغاز الساخن والمتوهج يسمى القرص التراكمي، الذي يغذي الثقب الأسود تدريجيًا. وهذا بمثابة نقطة مرجعية لرحلتنا.
يمنح أفق الحدث للثقب الأسود فائق الضخامة عرضًا يبلغ حوالي 16 مليون ميل (25 مليون كيلومتر)، أي حوالي 17% من المسافة بين الأرض والشمس.
وبعد فترة زمنية تبلغ حوالي 3 ساعات و30 دقيقة خلال مدارين للثقب الأسود، نصل إلى أفق الحدث. يمثل هذا النقطة الأخيرة التي سيتمكن عندها أي مراقب بعيد يراقب هبوطنا من رؤيتنا. سيرون إلى الأبد صورتنا على حافة أفق الحدث، مجمدة.
بمجرد عبور أفق الحدث، تكون هذه رحلة في اتجاه واحد إلى التفرد المركزي للثقب الأسود، وهي النقطة الصغيرة المتناهية الصغر ذات الكثافة اللانهائية التي تنهار عندها كل فيزياء الكون المعروف.
لكننا لن نصل إلى هناك أبدًا. بعد 12.8 ثانية فقط من عبور أفق الحدث، نصبح نحن وكاميرتنا في وضع السباغيتي بينما لا نزال على بعد 79500 ميل (128000 كيلومتر) من المتفردة.
أما الفيديو الثاني فيمنحنا فرصة لتجنب هذا المصير.
في هذه المحاكاة، بدلًا من السقوط في الثقب الأسود، نقترب من أفق الحدث ولكننا لا نعبره أبدًا. يأخذنا هذا في رحلة ذهابًا وإيابًا مدتها ست ساعات حول هذا الثقب الأسود. إذا عدنا إلى سفينتنا الأم القريبة، فإن التأثيرات التشويهية للثقب الأسود الهائل على المكان والزمان ستعني أن زملائنا رواد الفضاء قد تجاوزوا عمرنا بنحو 36 دقيقة.
وقال شنيتمان “هذا الوضع يمكن أن يكون أكثر تطرفا”. “إذا كان الثقب الأسود يدور بسرعة، مثل ذلك الذي ظهر في فيلم Interstellar لعام 2014، فإنها ستعود أصغر سنا من زملائها في السفينة بسنوات عديدة.”
قصص ذات الصلة:
– كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
– ألمع نجم زائف على الإطلاق يستمد طاقته من ثقب أسود يلتهم “شمسًا يوميًا”
– يمكن تكديس نجوم “gravastars” الشبيهة بالثقب الأسود مثل دمى الشاي الروسية
تم إنشاء عمليات محاكاة جولة الثقب الأسود والغطس فيه باستخدام الكمبيوتر العملاق Discover الموجود في مركز محاكاة المناخ التابع لناسا. أنتج الكمبيوتر العملاق كمية مذهلة تبلغ 10 تيرابايت من البيانات، والتي قالت وكالة ناسا إنها تعادل نصف النص الموجود في مكتبة الكونجرس.
تم تشغيل عمليات المحاكاة لمدة خمسة أيام على Discover، وهو ما يمثل 0.35 من معالجات الكمبيوتر العملاق البالغ عددها 129000 معالج. سيستغرق الكمبيوتر المحمول التجاري حوالي 10 سنوات لإنشاء نفس عمليات المحاكاة.
تمامًا مثلما يحدد أفق الحدث للثقب الأسود الهائل حدوده الخارجية، تمثل عمليات المحاكاة المذهلة هذه بداية رحلة مدتها خمسة أيام عبر أسبوع الثقب الأسود والتي تعد بتمديد عقولنا وضغطها (بطريقة جيدة).