كيف يعطي الثقب الأسود الضوء؟

الثقب الأسود نفسه لا يعطي أي ضوء. هذا هو السبب في أنها تسمى السوداء. ومع ذلك ، فإن المادة القريبة من الثقب الأسود يمكن أن تعطي الضوء استجابة لجاذبية الثقوب السوداء.

الثقب الأسود هو منطقة فضاء حيث تكون الجاذبية قوية لدرجة أنه لا يمكن لأي شيء الهروب ، ولا حتى الضوء. قد يكون من المفاجئ أن تسمع أن الجاذبية يمكن أن تؤثر على الضوء على الرغم من أن الضوء ليس له كتلة. إذا سمحت الجاذبية بقانون نيوتن للجاذبية الكونية ، فإن الجاذبية لن يكون لها تأثير في الواقع على الضوء. ومع ذلك ، فإن الجاذبية تخضع لمجموعة أكثر حداثة من القوانين المعروفة باسم نظرية أينشتاين العامة للنسبية. وفقا للنسبية العامة ، في الواقع هو سبب الجاذبية من تقوس من الفضاء والوقت. بما أن الضوء ينتقل في خط مستقيم خلال الزمكان على التوالي ، فإن تقوس الزمكان يؤدي إلى الضوء ليتبع مسارًا منحنيًا. إن الانحناء الجاذبية لمسار الضوء هو تأثير ضعيف بما يكفي لأننا لا نلاحظه كثيراً على الأرض. ومع ذلك ، فعندما تكون الجاذبية قوية للغاية ، يصبح انحناء مسار الضوء كبيراً. الثقب الأسود هو المنطقة التي يكون فيها الزمكان منحنيًا بحيث أن كل مسار ممكن يمكن أن يأخذ الضوء في النهاية منحنيات ويؤدي إلى داخل الثقب الأسود. ونتيجة لذلك ، بمجرد دخول شعاع ضوئي لثقب أسود ، لا يمكن أبداً الخروج منه. لهذا السبب ، الثقب الأسود أسود حقا ولا ينبعث الضوء أبدا.

ومع ذلك ، ينطبق هذا القيد فقط على النقاط داخل الثقب الأسود. يمكن للضوء القريب من الثقب الأسود ، ولكن ليس بداخله في الواقع ، أن يهرب بالتأكيد إلى بقية الكون. هذا التأثير هو في الواقع ما يمكننا من “رؤية” الثقوب السوداء بشكل غير مباشر. على سبيل المثال ، هناك ثقب أسود فائق الكتلة في مركز مجرتنا. إذا أشرت إلى تلسكوب ذو طاقة عالية بالضبط في مركز مجرتنا وزمن التكبير ، فلن ترى أي شيء. الثقب الأسود بحد ذاته أسود حقا. ومع ذلك ، فإن ثقل الثقب الأسود قوي لدرجة أنه يجعل العديد من النجوم القريبة يدورون حول الثقب الأسود. وبما أن هذه النجوم تقع في الواقع خارج الثقب الأسود ، فإن الضوء من هذه النجوم يمكن أن يصل إلى الأرض على ما يرام. عندما أشار العلماء إلى تلسكوب ذو طاقة عالية في مركز مجرتنا لعدة سنوات ، فإن ما رأوه كان عدة نجوم ساطعة تدور حول نفس البقعة الفارغة. تشير هذه النتيجة إلى أن الموقع هو موقع ثقب أسود فائق.

وكمثال آخر ، يمكن أن تسقط سحابة كبيرة من الغاز والغبار نحو ثقب أسود. في غياب الاحتكاك ، فإن جاذبية الثقوب السوداء ستؤدي ببساطة إلى أن تدور جسيمات الغاز حول الثقب الأسود بدلاً من سقوطه ، على غرار الطريقة التي يدور بها النجوم حول ثقب أسود (بمعنى أن الثقوب السوداء لا تمتص). ومع ذلك ، تحطم جزيئات الغاز باستمرار بعضها البعض ، وبالتالي تحويل بعض الطاقة الحركية إلى حرارة. مع فقدان الطاقة الحركية ، تقع جسيمات الغاز بالقرب من الثقب الأسود. بهذه الطريقة ، يسبب الاحتكاك سحابة غاز كبيرة تدور باتجاه ثقب أسود وتسخن على طول الطريق. في نهاية المطاف ، تقع سحابة الغاز في الثقب الأسود وتصبح جزءًا منها. ومع ذلك ، قبل أن يدخل الغاز فعليًا الثقب الأسود ، فإنه يسخن بدرجة كافية لبدء التوهج ، تمامًا مثلما يضيء عنصر محمصة عند تسخينه. يتكون الضوء المنبعث في الغالب من أشعة سينية ، ويمكن أن يشمل أيضًا الضوء المرئي. وبما أن هذا الضوء ينبعث من الغاز قبل دخول الغاز إلى الثقب الأسود ، فإن الضوء يمكن أن يهرب إلى بقية الكون. بهذه الطريقة ، يمكن أن ينبعث الضوء من سحابة غاز متوهجة خارج الثقب الأسود على الرغم من أن الثقب الأسود نفسه لا يصدر أي ضوء. لذلك ، يمكننا بشكل غير مباشر “رؤية” ثقب أسود من خلال رؤية سحابة الغاز المتوهجة التي تحيط به. تسمى سحابة الغاز هذه قرصاً للتراكم. عندما تصبح ذرات الغاز ساخنة بدرجة كافية ، يتم قطع إلكترونات الذرات ، مما يجعل الذرات تصبح أيونات. تسمى سحابة من الغاز المتأينة في معظمها بالبلازما.

الوضع أكثر إثارة للاهتمام. ومع اقتراب سحابة البلازما من الثقب الأسود ، تتحرك البلازما بشكل أسرع وأسرع. في نفس الوقت ، هناك مساحة أقل وأقل لكل هذه البلازما. ونتيجة لهذه السرعة العالية وهذا التأثير المزدحم ، فإن بعض الارتعاشات البلازمية بعيدة عن الثقب الأسود. وبهذه الطريقة ، يتم تشكيل طائرتين عملاقتين من البلازما المتوهجة ، والتي تسمى الطائرات الفلكية الفيزيائية. تطلق النفاثات البلازما بعيدًا عن الثقب الأسود ، ولن تعود أبدًا. مرة أخرى ، هذا ممكن لأن البلازما في الطائرات لم تكن في الواقع داخل الثقب الأسود. عندما يتم إنشاء مثل هذه الطائرات من قبل الثقوب السوداء الهائلة ، فإنها يمكن أن تمتد لمئات الآلاف من السنوات الضوئية. على سبيل المثال ، تُظهر الصورة أدناه صورة لمجرة M87 تم التقاطها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي. النقطة الصفراء الساطعة في أعلى يسار الصورة هي المنطقة المركزية للمجرة ، والخط البنفسجي هو عبارة عن طائرة فلكية فيزيائية متوهجة تم إنشاؤها بواسطة الثقب الأسود الهائل في مركز المجرة. باختصار ، لا يمكن للثقب الأسود نفسه أن ينبعث منه الضوء ، ولكن الجاذبية الشديدة يمكن أن تخلق أقراصاً تراكمية وطائرات فلكوفيولوجية خارج الثقب الأسود الذي ينبعث الضوء.