علوم

ثقوب سوداء بدائية بحجم الذرة تم إكتشاف دلائل على وجودها

بنصف قطر صغير لا يتجاوز 0.23 نانومتر.

المصدر: Wikimedia Commons

ثقوب سوداء بدائية بحجم الذرة!

منذ العصور الأولى، أراد البشر شرح أكثر الظواهر التي لا يمكن التنبؤ بها وإزعاجًا في الكون. على الرغم من أن دراسة علم الفلك كانت ثابتة في جميع الحضارات، إلا أن الأحداث الفلكية ذات الطبيعة “غير المتوقعة”، مثل المذنبات أو الكسوف، كانت تعتبر “نذير سوء حظ” و / أو “تصرفات الآلهة”.

يُعزى سقوط الملك السكسوني هارولد الثاني في عام 1066، أثناء الغزو النورماندي لوليام الفاتح، إلى فأل شرير من مرور مذنب (عُمد لاحقًا باسم “هالي”). وأثناء معركة سيمانكاس (بلد الوليد، إسبانيا) بين قوات ليون راميرو الثاني والخليفة عبد الرحمن عام 939، تسبب كسوف كلي للشمس في حالة من الذعر بين القوات على الجانبين، مما أخر المعركة لعدة أيام.

كيف كان سيكون رد فعل أسلافنا، إذن، لوجود أجسام في الكون مثل ما يسمى بالثقوب السوداء. قادرة على ابتلاع كل ما يسقط فيها، بما في ذلك الضوء؟

بينما تم بالفعل اكتشاف أكبر الثقوب السوداء وحتى تصويرها، هناك الآن دليل عملي لثقوب سوداء بدائية بحجم الذرة أو بشكل أدق بحجم ذرات البوتاسيوم (نصف قطرها حوالي 0.23 نانومتر، أي ما يعادل 0.23 مليار جزء. من المتر). تشكلت هذه الثقوب السوداء ذات الحجم الذري في اللحظات الأولى للانفجار العظيم وربما تشكل مجمل المادة المظلمة في الكون.

مقالة ذات صلة: أول صورة للثقب الأسود، الضوء منها يكشف تفاصيل جديدة

إلتقاط صور للثقوب السوداء

في عام 2019، تمكن تعاون من ثمانية تلسكوبات راديوية موجودة في أجزاء مختلفة من العالم من التقاط الصورة الأولى لثقب أسود عملاق (أكبر بـ 6.5 مليار مرة من شمسنا). تقع على بعد حوالي 55 مليون سنة ضوئية منا (سنة ضوئية تقابل مسافة حوالي 9.5 تريليون كيلومتر) في مركز مجرة ​​ميسير 87.

الخط المائل لكلمة “صورة” ليس من قبيل الصدفة: كيف يمكن التقاط صورة لشيء يلتقط الضوء وبالتالي لا يمكن أن تراه الكاميرات التي تستخدم الضوء لتكوين صورة؟ الجواب بسيط: نحن لا نرصد الجسم نفسه، ولكننا نلاحظ بقايا النجم التي تبتلعها هذه الثقوب السوداء.

تدور هذه المادة النجمية بسرعات هائلة حول الثقب الأسود. ويمكن الكشف عن سطوعها عندما تصل درجة حرارة ما يقرب من مليون درجة مئوية. يسمى قرص المادة الذي يحيط بالثقب الأسود “قرص التراكم” ويعتبر حافة الثقب الأسود – بمجرد مروره ، لا يمكن لأي شيء الهروب ، وهو شيء نسميه أفق الحدث.

منظر للثقب الأسود الهائل أم87 في ضوء مستقطب: تعاون (EHT). الذي أنتج أول صورة على الإطلاق لثقب أسود تم إصداره في عام 2019، لديه اليوم رؤية جديدة للجسم الهائل في مركز مجرة ميسير 87 (أم87): كيف تبدو في الضوء المستقطب. هذه هي المرة الأولى التي يتمكن فيها علماء الفلك من قياس الاستقطاب. وهو علامة على المجالات المغناطيسية، بالقرب من حافة ثقب أسود. تُظهر هذه الصورة المنظر المستقطب للثقب الأسود في أم87. تحدد الخطوط اتجاه الاستقطاب المرتبط بالمجال المغناطيسي حول ظل الثقب الأسود.
المصدر: EHT

في الصورة أعلاه، يمكنك رؤية قرص التراكم وأفق الحدث للثقب الأسود الموجود في أم 87.

مقالة ذات صلة: الثقوب البيضاء: التوأم الغامض للثقب الأسود

الثقوب السوداء البدائية

تشكلت أجزاء مهمة من الثقوب السوداء في الكون من خلال الانهيار الجاذبي للنجوم. التي تستهلك كل وقودها في مراحلها النهائية: وتسمى هذه “الثقوب السوداء النجمية”. لن تتحول كل النجوم إلى ثقوب سوداء في نهاية حياتها. عندما يكون لب النجم أقل من اثنتين أو ثلاث كتل شمسية، لا يمكن تكوين ثقب أسود نجمي.

أي أن هناك كتلة نجمية دنيا لا يمكن أن ينهار النجم تحتها إلى ثقب أسود. كمثال، لن تتحول شمسنا أبدًا إلى ثقب أسود في نهاية حياتها، لكن النجوم الأخرى الضخمة مثل العملاق الأحمر منكب الجوزاء ستصبح ثقوبًا سوداء حتمًا.

هناك أيضًا ثقوب سوداء أخرى تسمى الثقوب السوداء “البدائية” أو “البدائية”. والتي – كما يشير اسمها – نشأت في اللحظات الأولى للانفجار العظيم، عندما بدأ الكون لأول مرة. ويمكنها نظريًا امتلاك أي كتلة. قد يتراوح حجمها من جسيم دون ذري إلى عدة مئات من الكيلومترات.

وعندما يتعلق الأمر بالثقوب السوداء ، فإن الثقوب الفائقة الكتلة لا تصدر عمليًا أي إشعاع ، في حين أن أصغرها يصدر معظم الإشعاع. ولكن ، كيف تكون هذه الظاهرة ممكنة: الثقوب السوداء الهائلة التي لا تصدر عمليًا أي إشعاع وتحتجز كل شيء ، حتى الضوء؟

قدم الفيزيائي ستيفن هوكينج الإجابة في منتصف السبعينيات. افترض أن التأثيرات الكمومية بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود قد تنتج انبعاث جسيمات يمكن أن تفلت منه. أي أن الثقوب السوداء التي لا تكتسب كتلة بأي وسيلة أخرى ستفقد كتلتها تدريجياً وتتبخر في النهاية.

إن إشعاع هوكينغ هذا أكثر وضوحًا في الثقوب السوداء منخفضة الكتلة: زمن التبخر لثقب أسود هائل كتلته مليون كتلة شمسية هو 36 × 10 إلى قوة 91 ثانية (أطول بكثير من عمر الكون الحالي).

من ناحية أخرى، سيتبخر ثقب أسود كتلته تعادل ألف طن في حوالي 46 ثانية.

في المراحل الأخيرة من تبخر الثقب الأسود. سوف تنفجر وتولد كمية هائلة من أشعة جاما (إشعاع أكثر كثافة من الأشعة السينية).

التقاط ثقب أسود بدائي بحجم ذري

فكيف يمكن إثبات وجود ثقوب بحجم الذرة قبل أن تتبخر تمامًا؟

في الدراسة الحديثة للثقوب السوداء ذات الحجم الذري ، تم اقتراح سيناريو فيزيائي فلكي حيث يتم التقاط أحد هذه الثقوب السوداء الصغيرة بواسطة ثقب فائق الكتلة. مع اقتراب الثقب الأسود ذي الحجم الذري من أفق الحدث للثقب الهائل. يتناقص جزء إشعاع هوكينغ الذي يمكن اكتشافه من الأرض تدريجيًا ، حتى يصل إلى حجم شعاع الضوء.

يوضح الرسم المتحرك التالي العملية المذكورة أعلاه بمزيد من التفصيل.

يتوافق هذا الشعاع مع رشقات أشعة جاما الحرارية (GRBs) التي تم قياسها بالفعل في المراصد الفلكية. تشكل رشقات أشعة جاما الحرارية دليلاً تجريبيًا على مثل هذه الثقوب السوداء الصغيرة، والتي تعتبر مرشحة خطيرة للمادة المظلمة لكون رائع وغير مستكشَف حتى الآن.
اقرأ المقال الأصلي هنا.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى