الوحوش السماوية "الجائعة"

في العاشر من أبريل الجاري، وقف العالم كله مبهوراً أمام أكبر إنجاز فلكي في العصر الحديث، حدث علمي من نوع خاص جداً، حيث تم الاعلان في واشنطن وفي خمس مدن أخرى حول العالم وفي وقت واحد عن إنجاز فائق الأهمية وهو الحصول على أول صورة على الإطلاق لثقب أسود، في أقوى دليل حتى الآن على وجود هذا الكائن السماوي الذي أسر خيال العلماء على مدى قرن كامل.

فالعاشر من أبريل الجاري شهد حدثًا جللًا..  شبكة من ثمانية تلسكوبات في جميع أنحاء العالم استطاعت أن تمنحنا أول صورة للثقب الأسود؛ عتمة سحيقة بينما تحيطها هالة ضوء تُشبه اللهب، إذ تبلغ مساحة الثقب 40 مليار كيلومترًا، أي ضعف حجم الأرض بثلاثة ملايين مرة، وشبهه العلماء بـ"الوحش".

قبل ثمانية أيام من ذكرى وفاة عالم الفيزياء الألماني ألبرت آينشتين،(14 مارس 1879 – 18 أبريل 1955)،  تمكّن مجموعة من علماء الفلك إثبات إحدى نظرياته. 

الثقب الأسود هو منطقة موجودة في الفضاء بأبعاده الأربعة، وهي الأبعاد الثلاثة بالإضافة إلى الزمن، تتميز بجاذبية قوية جداً بحيث لايمكن لأي شيء ولا حتى الضوء الإفلات منها.. وتكون هذه الجاذبية قوية جداً لأن المادة ضُغطت في مساحة صغيرة وهذا يمكن أن يحدث عندما يموت نجم.

ويعد "الثقب الأسود" هو منطقة فى الفضاء ذات كثافة مهولة (أى تحوى كتلة بالغة الكبر بالنسبة لحجمها) تفوق غالباً مليون كتلة شمسية، وتصل الجاذبية فيها إلى مقدار لا يستطيع الضوء الإفلات منها، ولهذا تسمى ثقبا أسوداً.

يتكون الثقب الأسود بتجمع مادة كثيرة تنضغط تحت تأثير جاذبيتها الخاصة، وتلتهم معظم ما حولها من مادة حتى تصل إلى حالة ثقب أسود، وكل هذا يحدث فيها بفعل الجاذبية، وهى نفس قوة الثقالة التى تتكون بواسطتها النجوم ولكن النجوم تتكون من كتل صغيرة نسبياً؛ فالشمس مثلًا لها 1 كتلة شمسية أما الثقب الأسود فهو يكون أكثر كتلة من 1 مليون كتلة شمسية.

وبما أن الضوء الضوء -رغم انه  يتحرك بسرعة 300 ألف كيلو متر في الثانية- لا يستطيع الهروب من جاذبية الثقب الأسود لأن سرعته غير كافيه لذلك، وهذا ما يجعل الثقب الأسود مختفياً لا يُرى... لكن باستخدام التلسكوبات الفضائية مع أدوات خاصة يستطيع الناس رؤيته. وهذه الأدوات الخاصة تستطيع رؤية كيف أن النجوم القريبة من الثقب الاسود تتصرف بطريقة مختلفة عن النجوم الاخرى.

قد تكون الثقوب السوداء صغيرة أو كبيرة، ويعتقد العلماء أن حجم أصغرها مماثل لذرة واحدة، وبالرغم من أَنها صغيرة جداً إلا أن لها كتلة جبل كبير، والكتلة هي كمية المادة أو الشيء في الجسم.

نوع آخر من الثقوب السوداء يسمى الثقوب السوداء النجمية أو ''stellar'' و كتلتها تصل ل 20 مرة أكبر من كتلة الشمس و قد يكون هناك العديد من هذه الثقوب في مجرة درب التبانة.

أما الثقوب السوداء الكبيرة تسمى الثقوب السوداء هائلة الكتلة او ''supermassive''. 

وهذه الثقوب لها كتلة أكبر من كتلة مليون شمس مجتمعة. 

وقد وجد العلماء اثباتاً على أن في مركز كل مجرة كبيرة هناك ثقب أسود هائل الكتلة . 

والثقب الأسود الهائل الكتلة الموجود في مجرة درب التبانة يسمى '' Sagitarius A'' و له كتلة تعادل أربعة مليون شمس مجتمعة.. ويفوق وزن شمسنا بـ33 ضعفاً. إن حقل الجاذبية الذي ينتجه Sagittarius A* كثيف لدرجة أن نجوماً أكبر من شمسنا تدور حوله بسرعة هائلة،

أحدُ تلك النجوم، ويُدعى S2، مر مؤخراً بجانب الثقب الأسود بسرعة تزيد على 15.5 مليون ميل في الساعة؛ أي أكثر من 4.300 ميل في الثانية الواحدة، أو ما يقرب من 3% من سرعة الضوء.التقط مِنظارُنا النجم S2، وهو يدور حول الثقب بسرعة، في شهر مايو 2018.

حدث هذا في الواقع منذ نحو 26.000 سنة؛ أي قبل نشأة الحضارة البشرية. لكن الضوء قد وصل إلى منظارنا فقط في مايو 2018). وبتوثيق هذه المشاهدات، أثبت الفلكيون، مرة أخرى، أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين صحيحة.

يعتقد العلماء أن الثقوب السوداء تشكلت عند تشكل الكون .

وبعد أن يتشكل الثقب الأسود، يمكن أن يستمر في النمو عن طريق امتصاص الكتلة من محيطه.. وذلك عن طريق امتصاص النجوم الأخرى والاندماج مع الثقوب السوداء الأخرى، الأمر الذي قد يؤدي إلى تشكل الثقوب السوداء الهائلة و التي تحمل كتلة تعادل ملايين الكتل الشمسية.

 

أما الثقوب السوداء النجمية فتتشكل عند انهيار النجوم الضخمة جدًا في نهاية دورة حياتها، وحين تتلاشى الطاقة التي تحافظ على تماسكها خلال حياتها، فتبدأ مرحلة الانهيار وعندما يحدث هذا فهو يسبب مستعراً أعظم أو سوبرنوفا، والسوبرنوفا هو إنفجار نجم و ينشر أجزاء من النجم في الفضاء.

وعقب ذلك، تسقط كافة المواد التي خلفها الانفجار في نقطة صغيرة وغير متناهية، لكن الجدير بالذكر، هو أن هذه المخلفات تزيد عن كتلة الشمس بعدة مرات.

- اذا كانت الثقوب السوداء ''سوداء'' كيف يعلم العلماء بوجودها؟

على الرغم من أن محتواها غير مرئي، يمكن استنتاج وجود ثقب أسود من خلال تأثيرها على المواد الأخرى والإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الضوء المرئي.. يمكن للمادة التي تسقط في الثقب الأسود أن تشكل قرص تراكم خارجي يتم تسخينه عن طريق الاحتكاك، مما يؤدي إلى تشكيل بعضٍ من أشد الأجسام بريقا في الكون.

ان عبور حدود أفق الحدث له تأثيرات هائلة على مصير وظروف أي جسم يعبُره،

إذا كان هناك نجوم أخرى تدور حول ثقب أسود ، فيمكن استخدام كل من مداراتها و كتلتها لتحديد كتلة الثقب الأسود وموقعه. 

يمكن استخدام هذه الملاحظات لاستبعاد البدائل المحتملة مثل النجوم النيوترونية.

وبهذه الطريقة، تحقق علماء الفلك من العديد من حالات توقعات وجود الثقب الأسود النجمي ضمن الأنظمة الثنائية، وأثبتوا أن مصدر الراديو المعروف باسم الرامي A ، في قلب مجرة درب التبانة ، يحتوي على ثقب أسود هائل يحمل كتلة تقارب 4.3 مليون كتلة شمسية.

ويمكن أن يُرى الثقب الاسود بسبب الجاذبية القوية التي تسحب كل الضوء إلى وسط الثقب الأسود. لكن يستطيع العلماء أيضاَ دراسة النجم لمعرفة إذا كان يدور حول ثقب أسود.

عند إقتراب نجم و ثقب أسود من بعضهما، ينتج عن ذلك ضوء عالي الطاقة. هذا النوع من الضوء لا يمكن أن يرى بالعين المجردة. إذ يستعمل العلماء أقمار صناعية و تلسكوبات في الفضاء لرؤية الضوء عالي الطاقة.

لا يقوم الثقب الأسود بالسير في الفضاء ملتهماَ النجوم و الأقمار و الكواكب و لن نسقط في ثقب اسود لأنه ليس هناك أي ثقب أسود قريب كفاية ليفعل هذا بالارض، و حتى لو حل محل الشمس ثقب أسود له نفس كتلة الشمس، لن تقع الأرض فيه.. وسيتملك هذا الثقب الأسود نفس جاذبية الشمس. وستستمر الأرض و الكواكب الأخرى في الدوران حوله كما تدور حول الشمس الآن.

إلا أن الشمس لن تتحول أبدا إلى ثقب أسود لأن الشمس ليست كبيرة كفاية لتتحول الى ثقب اسود.

التقاط أول صورة حقيقية لثقب أسود، هذا الإنجاز الكبير وتلك اللحظة التاريخية التي عاشتها البشرية ما كانت لتتم لولا مساهمة "حاسمة" من عالمة أمريكية في مقتبل العمر.

الشابة كاتي باومان، اكتشفت خوارزمية ساعدت بشكل أساسي على تصوير الثقب الأسود، بعدما ظل البشر يسمعون به طيلة عقود دون أن يتمكنوا من رؤيته بالعين.

وواجه العلماء صعوبة كبيرة في التقاط الصورة بالنظر إلى بُعد الثقوب السوداء فضلا عن وجود حلقة مفقودة في البيانات الضرورية للحصول على صورة، وأوضح باحثون أن هذه العملية تشبه التقاط صورة من كوكب الأرض لبرتقالة موجودة على سطح القمر.

وبفضل الخورازمية التي طورتها العالمة الشابة، إلى جانب خوارزميات أخرى، استطاع العلماء أن يحصلوا على ما يكفي من البيانات الضرورية لالتقاط صورة الثقب الأسود.

باومان اكدت أن الفريق العلمي الذي يعمل معها لم يرغب في أن يطور خوارزمية واحدة فقط، بل قام بتطوير عدد منها، والهدف من هذا هو التأكد مما إذا كانت ستفضي إلى النتيجة نفسها، وذلك ما حصل بالفعل في نهاية المطاف.

وقبل ثلاث سنوات، أشرفت بومان على اكتشاف الخوارزمية (الألغوريتم)، ثم تخرجت من دراستها في علوم الحاسوب والذكاء الصناعي في معهد ماساشوستس للتكنلوجيا.

وأوضحت كيفية مساهتمها فى العمل على رؤية الثقب الأسود، وفى ذلك الوقت، قالت كاتى بومان، إن هناك احتمالية لأن يتم التقاط أول صورة للثقب الأسود، وستكون مسئولية موكلة لفريق دولى من العلماء، وذلك من خلال تليسكوب بحجم الأرض تقريبا، وخوارزمية تعمل على وضع أجزاء الصورة النهائية معا.

وقدمت كاتى بومان، التى تعمل على أبحاث تجريها فى مختبر علوم الكمبيوتر، تهدف إلى جعل الكمبيوتر يبصر من خلال الصور والفيديو، شرحا للتصور العملى الذى سوف يسهم فى تحقيق المشروع، وهو ما كتب له النجاح اليوم.

فى البداية قالت كاتى بومان، خلال حديثها مع الجمهور: إن غادرت المدينة ذات ليلة، وسرت مسافة طويلة، بعيدا عن الأضواء، فلربما يحالفك الحظ، وتستطيع أن تشاهد منظرا رائعا لمجرة درب التبانة، وإن استطعت أن تقرب الصورة متجاوزا ملايين النجوم، لمسافة 26 ألف سنة ضوئية باتجاه مركز درب التبانة المتلألئ، فسوف نصل نهاية المطاف إلى مجموعة من النجوم فى المركز تماما، وبإستخدام تيليسكوب بالأشعة تحت الحمراء لكى تخترق الغبار الكونى، تمكن علماء الفلك من مراقبة تلك النجوم طوال 16 عاما، ولكن الأكثر دهشة، وهو ما لا يقدرون على رؤيته، إذ بدا أن هذه النجوم تدور حول جسم خفى، وبتتبع مسار هذه النجوم، توصل علماء الفلك إلى نتيجة مفادها، أن الشئ الوحيد الصغير والثقيل القادر على التسبب فى هذه الحركة، هو ثقب أسود هائل. 

وبما أن الثقب الأسود، شئ كثيف جدا لدرجة أن يمتص أى شئ يقترب منه، حتى الضوء، فإن السؤال الذى طرح نفسه، ماذا لو تمكنا من تقريب الصورة أكثر؟، فهل سيكون من الممكن أن نشاهد شيئا يفيد تعريفه بعدم القدرة على رؤيته؟.

وأوضحت كاتى بومان، أنه تبين فى حال إذا ما قمنا بتكبير الصور على مستوى موجات الراديو، فمن المتوقع أن نرى حلقة مكونة من الضوء، ناتجة عن الجاذبية الكبيرة للبلازما الساخنة، التى تدور حول الثقب الأسود، وبمعنى آخر، فإن الثقب الأسود يلقى بظله على هذه الخلفية من المواد المشعة، ناحتا بذلك كرة من الظلام، وتكشف هذه الحلقة المشعة أفق الثقب الأسود، حيث تكون قوى الجاذبية كبيرة للغاية لدرجة أن الضوء لا يمكنه الفرار منها.

وأشارت كاتى بومان، إلى أن معادلات آينشتاين تنبأت بحجم وشكل تلك الحلقات، ولهذا، فإن التقاط الصور لها لن يكون مذهلا فقط، لكنه سيكون برهانا على أن تلك المعادلات صحيحة، حتى فى الظروف المتطرفة التى توجد بقرب الثقب الأسود، إلا أن الثقب الأسود على بعد كبير من مكاننا، ولهذا فإن هذه الحلقات تبدو صغيرة جدا للغاية، كحجم ثمرة برتقال على سطح القمر، وهو ما يعنى أن مهمة التقاط صور لهذه الحلقات أمر شاق للغاية.

ورأت كاتى بومان أن الأمر فى مجمله يعتمد على معادلة بسيطة، تنص على أنه إذا رغبنا فى رؤية أصغر الأشياء، فيجب أن يكون حجم التيليسكوب أكبر بكثير، ولكن حتى باستخدام أقوى التيليسكوبات البصرية على الأرض، فلن نتمكن من الوصول إلى الدقة المطلوبة، لصورة جسم ما على سطح القمر، وبالتالى فإنه بإجراء الحسابات، يتضح لنا أننا سنكون بحاجة إلى تليسكوب بحجم كوكب الأرض، ولهذا فإن تمكنا من بناء هذا التليسكوب، فسوف نتمكن من أن نبدأ فى ملاحظة حلقة الضوء المميزة تلك، التى تدل على وجود ثقب أسود فى الأفق.

وأوضحت كاتى بومان، أنه بما أننا لن نتمكن من بناء تيليسكوب واحد، يساوى حجم طبقه حجم كوكب الأرض، فإننا إذا ما تذكرنا مقولة مايك جاجر الشهيرة: "لا يمكنك دوما الحصول على ما تريد، ولكن إذا ما حاولت فلربما تحصل على ما تحتاجه"، وبالتالى فإننا إذا ما قمنا بإيصال تيليسكوبات من جميع أنحاء العالم، فإن تعاون دولى يسمى تليسكون أحداث الأفق يعمل على إيجاد تليسكون يدار بالكمبيوتر بحجم الأرض، قادر على تحليل تركيبة حدث بحجم أفق الثقب الأسود، وهذه الشبكة من التليسكوبات، سوف تقوم بالتقاط أول صورة.

وأشارت كاتى بومان إلى أن هذه التيليسكوبات، بعد أن يتم ربطها معا من خلال توقيت دقيق باستخدام الساعات الذرية، سيقوم فرق من الخبراء فى كل موقع بتجميد الضوء عن طريق تجميع آلاف "التيرابايت" من البيانات، ثم تتم معالجة هذه البيانات فى مختبر ماساتشوتس.

وقالت كاتى بومان إن الأمر سيكون أشبه بجعل كوكب الأرض، مثل كرة كبيرة لامعة فى نادى للديسكو، وبالتالى فإن كل هذه المرايا، سوف تتمكن من التقاط الضوء، ومن هنا سوف يمكننا تجميعه لكى نكون الصورة.

وأشارت كاتى بومان إلى أنه أثناء دوران الأرض، كما تدور كرة الديسكو اللامعة، فإن مواقع المرايا، التى تمثل التليسكوبات، فإننا سوف نتمكن من رؤية أجزاء أخرى من الصورة، ومن هنا، فإن خوارزمية الصور، التى طورتها تمكنا من تعويض النص فى كرة الديسكو، لكى نتمكن من صنع صورة للثقب الأسود.

وأوضحت كاتى بومان ان خوارزمية الصور التى طورتها تستخدم بيانات التيليسكوب المحدودة لكى تدلنا على الصورة التى تطابق ما هو موجود فى كوننا، وباستخدام هذه الخوارزمية، سوف نتمكن من أن نجمع معا قطع الصور.

فى الوقت الذى يحتفى فيه العالم، بالكشف عن أول صورة حقيقة لـ"الثقب الأسود"، تذكر العديد من متابعى الحدث، كل من عالم الفيزياء ألبرت أينشتاين (14 مارس 1879 – 18 أبريل 1955)، وعالم الفيزياء البريطانى الشهير ستيفن هوكينج (8 يناير 1942 – 14 مارس 2018).

هذه الذكرى، تعد بمثابة تعبير عن الامتنان، تم تجسيده فى جملة حوارية متخيلة، بين ألبرت أينشتاين وستيفن هوكينج، وفى هذه الصورة، يقول آينشتاين: "إننى أتمنى أن يكون هذا هو شكل الثقب الأسود حينما تخيلته"، فيرد عليه ستيفن هوكينج: "لا تقلق يا آينشتاين، جميعنا نثق بك". الأمر الذى فسره المتابعون بأن أسطورة آينشتاين التى صدقها العديد من العلماء ومن بينهم هوكينج تحققت بالفعل، إلا أن أكثر اثنين آمنا بوجود الثقب الأسود لم يتح لهما رؤيته.

إن الرابط بين ألبرت أينشتاين وستيفن هوكينج، هو أن الثانى فى عام 1971 أصدر بالتزامن مع عالم الرياضيات روجر بنروز نظريته التى تثبت رياضيًا وعبر نظرية النسبية العامة لـ"آينشتاين" بأن الثقب الأسود أو النجوم المنهارة بسبب الجاذبية هى حالة تفردية فى الكون "أى أنها حدث له نقطة بداية فى الزمن".

وتنبأت نظرية النسبية العامة التي وضعها أينشتاين قبل 100 عام بأن الضوء المنبعث من النجوم يتمدد إلى أطوال موجية أكبر بفعل مجال الجاذبية الشديدة الناتجة عن ثقب أسود، وأن النجم سيبدو مائلا إلى الأحمر وهو تأثير يعرف باسم الانزياح الأحمر الجذبي.

وفى عام 1974، أثبت ستيفن هوكينج نظريًا أن الثقب الأسود أو الثقوب السوداء تصدر إشعاعًا على عكس كل النظريات المطروحة آنذاك، وسمى هذا الإشعاع باسمه "إشعاع هوكينج".

كما أصبح ستيفن هوكينج واحدًا من أكثر علماء عصره شهرة من بعد ألبرت آينشتاين، وحظى باحترام واسع على المستوى المهنى والإنسانى.