الثقوب السوداء هي مناطق وحشية ومتجانسة من المكان والزمان والتي استحوذت على خيال البشرية. بعضها ينشأ عن موت وانهيار نجم ضخم، ومع ذلك لا يمكن لنجم واحد أن يولد الثقوب السوداء الأكثر ضخامة. تلك هي الثقوب السوداء الهائلة التي تكمن في قلوب المجرات ذات كتل تعادل الملايين، أو حتى المليارات، من الشموس.
ويعتقد أن الثقوب السوداء العملاقة مثل هذه قد تكونت عندما اصطدم ثقبان أسودان أصغر حجما واندمجا مرة واحدة. والآن، يتساءل العلماء عما إذا كان بإمكاننا التعرف على شجرة عائلة الثقب الأسود من خلال العمل بشكل عكسي عبر الأجيال.
متعلق ب: كيف تصبح بعض الثقوب السوداء كبيرة جدًا؟ قد يكون لدى تلسكوب جيمس ويب الفضائي إجابة
إذا كان هناك جسم أو حدث كوني مصمم ليكون غامضًا، فهو الثقب الأسود. تتميز هذه المنطقة من الفضاء بحد يسمى أفق الحدث، وهو الحاجز بين كوننا وأي شيء يقع داخل الفراغ نفسه. وبالتالي، من المستحيل الحصول على إشارة، وبالتالي معلومات من خارج هذا الحاجز.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الثقوب السوداء لديها عدد قليل جدًا من الخصائص المميزة، وهو ما وصفه عالم الفيزياء النظرية جون ويلر ذات مرة بقوله: “الثقوب السوداء ليس لها شعر”. وهذا يعني، على عكس النظر إلى لون شعر الطفل أو بشرته وإجراء تخمين تقريبي حول لون شعر والديه، يبدو أن الثقوب السوداء الهائلة “عديمة الشعر” لا تعطي أي تلميحات حول نسبها – أم أنها كذلك؟
لا يتم إنشاء جميع الثقوب السوداء بنفس الطريقة
إيمري بارتوس هو عالم فيزياء في جامعة فلوريدا، ويفترض أن الخصائص المحدودة للثقوب السوداء فائقة الكتلة – الكتلة، والدوران، والشحنة الكهربائية – يمكن أن تخفي في الواقع تفاصيل خط تجميع الثقب الأسود الأصلي الذي أنشأها.
ويقول إن الصورة القياسية لولادة الثقب الأسود التي تتضمن موت وانهيار النجوم الضخمة، لا يمكن أن تفسر نشوء الثقوب السوداء الهائلة التي نراها اليوم. يتضمن ذلك كلا من الثقوب السوداء الهائلة وكذلك الثقوب السوداء الأصغر حجمًا ومتوسطة الكتلة والتي تتراوح كتلتها بين 100 إلى 100000 مرة كتلة الشمس.
“للنجوم حد ما لمدى نموها دون أن تنهار من تلقاء نفسها. إذا أصبح النجم كبيرًا جدًا جدًا، فسوف ينفجر قبل أن يتوفر له الوقت لتكوين هذا اللب الكثيف الذي يمكن أن يشكل البذرة للأسود. حفرة” ، قال بارتوس لموقع Space.com. “نتوقع حدًا طبيعيًا لمدى ثقل الثقوب السوداء عندما تتشكل نتيجة موت النجوم. تبلغ هذه الكتلة حوالي 50 مرة كتلة شمسنا. لذا، فهي كتلة كبيرة جدًا، ولكنها ليست كبيرة مثل الكتلة في أي مكان.” نرى ثقوبًا سوداء فائقة الكتلة أو متوسطة الحجم.”
هذا يعني أنه يجب أن تكون هناك عملية أخرى تؤدي إلى خلق الثقوب السوداء الأكثر وحشية، وتشير ملاحظات التموجات الصغيرة في الزمكان التي تسمى موجات الجاذبية إلى أن مثل هذه العملية يمكن أن تكون تصادمات واندماجات لاحقة لأجيال أكبر تدريجيًا من الثقوب السوداء.
“كيف يمكننا القيام بالعمل البوليسي للعودة إلى الماضي ورؤية ما حدث بالفعل في بيئة الثقوب السوداء المندمجة؟ هل يمكننا أن نقول أي شيء عن أسلاف الثقب الأسود؟” تساءل بارتوس.
يعتقد بارتوس أن فهم الأسباب التي تدفع الثقوب السوداء إلى التجمع والاندماج هو المفتاح لفهم كيفية تطور الكون، وربما للوصول إلى جوهر قوانين الفيزياء الأساسية.
وقال بارتوس: “نريد أن نتعلم، وحتى الآن، لم نفهم بشكل كامل ما الذي يجعل الثقوب السوداء تتجمع وتندمج في الكون”. “لا يمكن أن تكون هذه مجرد عملية عشوائية. يجب أن تكون هناك آلية ما تجمع الثقوب السوداء معًا وتجعلها تندمج. وهذا ما نحاول فهمه من الخصائص المحدودة المتوفرة لدينا.”
وأضاف أنه من خلال النظر إلى كتلة الثقب الأسود الهائل وموجات الجاذبية الناتجة عن الاندماج الذي أدى إلى إنشائه، يمكن للباحثين تقدير كتل الثقوب السوداء التي يجب أن تكون قد اجتمعت معًا لتكوين هذا الثقب في المقام الأول. علاوة على ذلك، يرى بارتوس وزملاؤه أن مراقبة مدى سرعة دوران الثقب الأسود يمكن أن تكشف أيضًا عن مدى سرعة دوران الثقوب السوداء الأم التي خلقته.
إن النظر إلى الإشارات الكهرومغناطيسية من المنطقة التي حدثت فيها عمليات الاندماج هذه يمكن أن يُظهر، وفقًا لبارتوس، كيف كانوا يتفاعلون مع بيئاتهم أيضًا. على سبيل المثال، هل كانت الثقوب السوداء تتغذى على الغاز والغبار من المناطق المحيطة بها لتسهيل نموها؟
الثقوب السوداء لها أجداد أيضًا
وأضاف بارتوس أن الثقوب السوداء التي تزيد كتلتها عن كتلة الشمس بـ 50 مرة يمكن العثور عليها في مناطق بها العديد من الثقوب السوداء الأخرى. هذا يعني أنه، تمامًا كما لدينا آباء وأجداد وأجداد أجداد، من المحتمل ألا تكون اندماجات الثقوب السوداء أحداثًا فريدة، والثقوب السوداء الأكثر ضخامة تأتي من أجيال متكررة من الاندماجات.
لن يؤدي وضع الأجيال هذا إلى تجمع الكتلة فحسب، بل ستجمع الثقوب السوداء اللاحقة أيضًا زخمًا زاويًا من أسلافها. وقال بارتوس إن هذا يعني أنه عندما تصبح الثقوب السوداء أكبر فأكبر، يجب أن تدور أيضًا بشكل أسرع وأسرع.
وقال بارتوس: “إذا اكتشفنا زيادة في الدوران، فقد يكون ذلك مؤشرا على احتمال وجود عمليات اندماج سابقة”. “اتضح أنه بالنسبة لبعض الثقوب السوداء الأثقل التي رأيناها حتى الآن، نرى أن هناك مؤشرًا على الدوران العالي الذي نتوقعه من عمليات الاندماج المتتالية هذه.”
بينما يعتقد بارتوس أن فكرة وجود “أجداد” للثقوب السوداء هي فكرة رائعة، ويعتقد أنه يمكننا الكشف عن بعض التفاصيل عن آباء الثقوب السوداء من خلال ملاحظات موجات الجاذبية، فإن قصة أجداد الثقوب السوداء قد تضيع مع الزمن.
وقال: “لا توجد طريقة يمكننا من خلالها اكتشاف عمليات الاندماج السابقة مباشرة من خلال رصد موجات الجاذبية. سيتعين علينا تشغيل أجهزة الكشف لملايين السنين، وهو أمر غير مرجح”.
قصص ذات الصلة:
– قد تكون الثقوب السوداء الصغيرة التي خلفها الانفجار الكبير هي المشتبه بهم الرئيسيين في المادة المظلمة
— ما هو أفق حدث الثقب الأسود (وماذا يحدث هناك)؟
– اكتشف العلماء ثقبًا أسود يغذي نافورة غاز جزيئية في الكون القديم
ويعتقد أن سلسلة الاندماجات التي من شأنها أن تخلق ثقبًا أسود فائق الكتلة تستغرق ما لا يقل عن مليار سنة، ولكن تم رصد هؤلاء العمالقة الكونيين في الكون منذ بضع مئات الملايين من السنين فقط بعد الانفجار الكبير. هذه الملاحظات مقدمة من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). وهذا يترك تحديا. لا يزال العلماء بحاجة إلى شرح كامل لكيفية نمو هؤلاء العمالقة الكونيين إلى هذا الحد وبهذه السرعة. ومع ذلك، ربما تكمن القرائن في آلية الأسلاف نفسها.
وقال بارتوس: “إذا رأينا العمليات التي تدمج هذه الثقوب السوداء، فيمكننا أن نرى ما هي نقاط البداية للثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرة”. “يمكننا أن نرى مدى سرعة هذه العملية، ومدى انتشارها، وهذا يمكن أن يساعدنا على فهم مدى حجم الدور الذي قد يلعبه هذا في عملية تشكيل الثقوب السوداء الأثقل”.
ويتوقع بارتوس أنه عندما تصبح أجهزة كشف موجات الجاذبية أكثر حساسية، فإن البشرية سوف تكتشف هذه التموجات في المكان والزمان من اندماجات أبعد، وبالتالي مبكرة، للثقوب السوداء. وهذا يعني أننا يجب أن نستمر في تعلم المزيد والمزيد حول كيفية استمرار نمو الثقب الأسود على مدار تاريخ الكون الممتد لـ 13.8 مليار سنة.
واختتم بارتوس حديثه قائلاً: “أنا متحمس للغاية لرؤية الأشياء لأول مرة واكتشاف أشياء تصل إلى أقصى حدود معرفتنا”. “عندما ننظر إلى الحدود المتطرفة، فإن الأمور تختلف تمامًا عما اعتدنا عليه. والثقوب السوداء متطرفة في نواحٍ عديدة.”