تعتبر الثقوب السوداء من الظواهر الفلكية المثيرة للاهتمام، وأقرب هذه الثقوب إلى كوكب الأرض هي التي تم اكتشافها بواسطة علماء الفلك. وللأسف، يصعب رؤيتها بشكل مباشر، إلا إذا كان هناك نجم قريب منها، حيث يقوم الثقب الأسود بسحب المواد من النجم المرافق، مما ينتج عنه انبعاث الضوء بالأشعة السينية. بينما تظل الثقوب السوداء التي لا يتواجد بجانبها نجوم خارج نطاق الرؤية.
تعريف الثقب الأسود
الثقب الأسود هو جسم كوني يتمتع بقوة جاذبية هائلة، بحيث لا يمكن لأي شيء، بما في ذلك الضوء، الإفلات منه. ويتشكل الثقب الأسود نتيجة لانهيار نجم ضخم بعد استنفاد كافة مصادر الوقود النووي الموجودة في نواته.
أقرب الثقوب السوداء للأرض
توجد عشرة ثقوب سوداء تُعتبر الأقرب إلى الأرض، لكن المعلومات المتاحة عنها لا تزال محدودة بسبب طبيعتها الخفية. ومن بين هذه الثقوب:
- A0620-00: تم الكشف عن هذا الثقب بواسطة كوكبة مونوسيروس، حيث يظهر نظاماً مزدوجاً يدور حول نفسه، مع وجود جسم غير مرئي يُشير إلى وجود ثقب أسود قريب من الشمس، وهو يساوي تقريبًا 6 كتل شمسية.
- Cygnus X-1: يستمد هذا الثقب مواده من نجم أزرق ويبعد عن الأرض حوالي 6000 سنة ضوئية، ويبلغ قطر أفق الحدث حوالي 185 ميل، ويمتلك 8 كتل شمسية.
- V404 Cygni: اكتشف العلماء في عام 2019 ميلاً في سلوك هذا الثقب نتيجة جزيئاته، مما جعلهم يعتقدون بأن هذا الميل ناتج عن تشوه الزمكان الناتج عن الثقب، ويبعد عن الأرض 7800 سنة ضوئية ويعادل 9 كتل شمسية.
- GRO J0422 + 32: لا يزال هناك جدل حول طبيعة هذا الثقب، حيث يُعتقد أنه قد يكون نجمًا نيوترونيًا، ويبعد أيضًا 7800 سنة ضوئية ويعادل 5 كتل شمسية.
- Cygnus X-3: لم يتوصل العلماء إلى تأكيد ما إذا كان هذا الثقب أسودًا أو نجمًا نيوترونيًا، مما يجعل قياس كتلته صعبًا، وهو مرتبط بنجم Wolf-Rayet الذي يتميز بسطوعه الكبير ومن المحتمل أن يتحول إلى ثقب أسود في المستقبل القريب.
- J1655-40: يُعتبر هذا الثقب الأسود من أقرب الثقوب للأرض، حيث يتفاعل مع نجم داخل قرص دوار أحمر، ويدور كلاهما داخل المجرة بسرعة تصل إلى 000 ميل في الساعة، ويعادل 7 كتل شمسية.
- Sagittarius A: يقع هذا الثقب في مركز درب التبانة، وتم اكتشافه لأول مرة عام 1931 بواسطة إشارات لاسلكية، ويحتوي على أكثر من 4 ملايين كتلة شمسية، حيث يبعد حوالي 640 سنة ضوئية عن الأرض.
- 47 Tuc X9: يحتوي هذا المكان على عشرات الآلاف من النجوم، ويعتبر الثاني من حيث اللمعان في هذه المجموعة، لذا يُعتقد أنه موطن لثقب أسود، والجدل حول عدد كتلته ما زال مستمراً، ويبعد حوالي 14800 سنة ضوئية.
- XTE J1118 + 480: يبعد عن الأرض بين 5000 و11000 سنة ضوئية، ويعادل 6 كتل شمسية على الأقل، ويُعتقد أنه تشكل من نجم غني بالمعادن.
- GS2000 + 35: يساوي حوالي 7 كتل شمسية ويبعد 8800 سنة ضوئية، وهو مقترن بنجم من نوع K الذي يُعتبر نجمًا متأخرًا.
حساب هيكل الثقب الأسود
استطاع علماء الفلك حساب هيكل الثقب الأسود استنادًا إلى نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين، ويتم ذلك كما يلي:
- التفرد يشكل مركز الثقب الأسود ويكون مخفيًا بواسطة سطح وأفق الحدث.
- يتميز داخل أفق الحدث بسرعة هروب تتجاوز سرعة الضوء، مما يعني أن الضوء لا يستطيع الإفلات.
- نصف قطر أفق الحدث يطلق عليه “نصف قطر شوارزشيلد”، نسبةً إلى العالم الألماني الذي توقع وجود أجسام نجمية محطمة لا تصدر إشعاعات.
- يوجد ارتباط بين كتلة النجم المحطم أو المنهار ونصف قطر شوارزشيلد، فإذا كانت كتلة الثقب الأسود تعادل 10 أضعاف كتلة الشمس، يكون نصف قطره حوالي 30 كم.
- النجوم الضخمة، التي تمتلك ثلاثة كتل شمسية أو أكثر، تكون معرضة لتصبح ثقوبًا سوداء في النهاية.
- أما النجوم ذات الكتلة الأقل فتتحول إلى نجوم نيوترونية أو أقزام بيضاء أو أجسام ذات كثافة أقل.
تصنيف الثقوب السوداء
الثقب الأسود المعروف باسم وحيد القرن يُعتبر من الثقوب السوداء النجمية الصغيرة الحجم، ويمكن تصنيف الثقوب كما يلي:
الثقوب النجمية
تنتج هذه الثقوب عندما تتراوح كتلة النجم بين 20 إلى 100 ضعف كتلة الشمس، حيث يؤدي انهياره إلى نشوء ثقب أسود جديد.
الثقوب فائقة الكتلة
تعتبر هذه الثقوب مركز المجرات بشكل عام، وهناك عدة نظريات تسعى لفهم كيفية تكوينها، بعضها يشير إلى أن هذه الثقوب في حالة مستمرة من الاندماج مع المواد القريبة منها لزيادة حجمها.
بينما تشير بعض النظريات الأخرى إلى أن مجموعة من النجوم تعرضت للانهيار ثم التحمت لتكوين ثقب أسود كبير في مركز المجرة.
الثقوب متوسطة الكتلة
تتشكل من اندماج مجموعة من الثقوب السوداء الموجودة في مجرات متجاورة. في بداية الاندماج، تتحرك ببطء، ثم تزداد سرعتها وتبدأ بالدوران حول بعضها لتكوين ثقب أسود، لكن هذا النوع نادر جداً ولا توجد أدلة قوية على وجوده.