الثقوب السوداء قد تكون في الواقع نوعًا نظريًا من النجوم يسمى "gravastar"، المليء بالطاقة المظلمة التي توسع الكون

[عبدالله أسحاق]

تشير دراسة جديدة إلى أن الثقوب السوداء هي أجسام كونية غريبة قد لا تكون كما تبدو. (حقوق الصورة: ناسا/مختبر الدفع النفاث-معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا)

تفردات الثقب الأسود تتحدى الفيزياء يمكن للبحث الجديد أن يتخلص منهم أخيرًا.
تفردات الثقب الأسود تتحدى قوانين الفيزياء. يقدم بحث جديد حلاً جريئًا لهذا اللغز: قد تكون الثقوب السوداء في الواقع نوعًا نظريًا من النجوم يسمى "gravastar"، المليء بالطاقة المظلمة التي توسع الكون.

تعد الثقوب السوداء من أكثر الأجسام غموضًا في الكون، فهي قادرة على تشويه نسيج الفضاء المحيط بها بعنف لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الإفلات من قبضة جاذبيتها. ولكن اتضح أن الكثير مما يعرفه العلماء عن هذه الأجسام الغامضة قد يكون خاطئًا.

وفقًا لبحث جديد نُشر في أبريل في مجلة Physical Review D، يمكن أن تكون الثقوب السوداء في الواقع كيانات سماوية مختلفة تمامًا تُعرف باسم Gravastars.

قال المؤلف المشارك في الدراسة جواو لويس روزا، أستاذ الفيزياء في جامعة غدانسك في بولندا، "إن Gravastars عبارة عن أجسام فلكية افتراضية تم تقديمها [في عام 2001] كبدائل للثقوب السوداء". "يمكن تفسيرها على أنها نجوم مصنوعة من طاقة الفراغ أو الطاقة المظلمة: نفس نوع الطاقة التي تدفع التوسع المتسارع للكون."

حل مفارقات الثقب الأسود باستخدام Gravastars

تنبأ كارل شوارزشيلد، عالم الفيزياء والفلك الألماني، بوجود الثقوب السوداء لأول مرة في عام 1915، بناءً على حسابات باستخدام النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين.

على مر السنين، يبدو أن الملاحظات الفلكية أكدت وجود أجسام تشبه الثقوب السوداء. ومع ذلك، فإن وصف شوارزشيلد لهذه الأجسام الفضائية به بعض أوجه القصور.

على وجه الخصوص، من المتوقع أن يكون مركز الثقب الأسود نقطة ذات كثافة عالية بلا حدود، تسمى التفرد، حيث تتركز كل كتلة الثقب الأسود، لكن الفيزياء الأساسية تعلمنا أن اللانهائيات غير موجودة، وظهورها في أي نظرية تشير إلى عدم دقتها أو عدم اكتمالها.

وقالت روزا: "تشير هذه المشكلات إلى أن هناك شيئًا ما خاطئًا أو غير مكتمل في نموذج الثقب الأسود، وأن تطوير نماذج بديلة ضروري". "إن Gravastar هو واحد من العديد من النماذج البديلة المقترحة. والميزة الرئيسية لـ Gravastars هي أنها لا تحتوي على متفردات."

تم التقاط هذا المشهد بواسطة الكاميرا المتقدمة للمسوحات التابعة لتلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا ووكالة الفضاء الأوروبية (ACS)، ويظهر هذا المشهد PGC 83677، وهي مجرة عدسية - وهو نوع من المجرات يقع بين الأنواع الإهليلجية والحلزونية الأكثر شيوعًا.
الطاقة المظلمة هي ظاهرة غريبة يُعتقد أنها مسؤولة عن التوسع المتسارع للكون. ولكن هل من الممكن أيضًا أن تكون الثقوب السوداء متماسكة معًا، كما تقترح نظرية جرافاتار؟ (حقوق الصورة: ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية/هابل؛ شكر وتقدير: جودي شميدت (جيكزيلا))

مثل الثقوب السوداء العادية، يجب أن تنشأ نجوم الجرافاستارز في المرحلة الأخيرة من تطور النجوم الضخمة، عندما لا تعد الطاقة المنطلقة أثناء الاحتراق النووي الحراري للمادة الموجودة بداخلها كافية للتغلب على قوة الجاذبية، وينهار النجم ليصبح أكثر كثافة بكثير. هدف. ولكن على النقيض من الثقوب السوداء، من غير المتوقع أن تحتوي نجوم جرافاستار على أي متفردات ويُعتقد أنها عبارة عن مجالات رقيقة من المادة يتم الحفاظ على استقرارها من خلال الطاقة المظلمة الموجودة بداخلها.

لمعرفة ما إذا كانت نجوم جرافاستار هي بدائل قابلة للتطبيق للثقوب السوداء الفردية، قام روزا وزملاؤه بفحص تفاعل الجسيمات والإشعاع مع هذه الأجسام الافتراضية.

وباستخدام نظرية أينشتاين، فحص المؤلفون كيف ستظهر الكتل الضخمة من المادة الساخنة التي تحيط بالثقوب السوداء الهائلة إذا كانت هذه الثقوب السوداء في الواقع نجومًا جرافاستارز. كما قاموا بفحص خصائص "النقاط الساخنة" - فقاعات الغاز العملاقة التي تدور حول الثقوب السوداء بسرعات قريبة من الضوء.

كشفت النتائج التي توصلوا إليها عن أوجه تشابه مذهلة بين انبعاثات المادة الصادرة عن نجوم جرافاستار والثقوب السوداء، مما يشير إلى أن نجوم جرافاستار لا تتعارض مع ملاحظات العلماء التجريبية للكون. علاوة على ذلك، اكتشف الفريق أن الجرافاستار نفسه يجب أن يظهر تقريبًا مثل ثقب أسود منفرد، مما يخلق ظلًا مرئيًا.

وقالت روزا: "هذا الظل لا ينجم عن محاصرة الضوء في أفق الحدث، ولكن بسبب ظاهرة مختلفة قليلاً تسمى "الانزياح الأحمر الجاذبية"، مما يتسبب في فقدان الضوء للطاقة عندما يتحرك عبر منطقة ذات مجال جاذبية قوي". "في الواقع، عندما يصل الضوء المنبعث من المناطق القريبة من هذه الأجسام البديلة إلى تلسكوباتنا، فإن معظم طاقته ستضيع في مجال الجاذبية، مما يتسبب في ظهور هذا الظل."

إن التشابهات المذهلة بين نموذج شوارزشيلد للثقب الأسود ونجوم جرافاستار تسلط الضوء على إمكانات الأخير كبديل واقعي، متحرر من المزالق النظرية للتفردات.
ومع ذلك، تحتاج هذه النظرية إلى دعم بالتجارب والملاحظات، والتي يعتقد مؤلفو الدراسة أنه قد يتم تنفيذها قريبًا. في حين أن نجوم جرافاستار والثقوب السوداء الفردية قد تتصرف بشكل مشابه في كثير من النواحي، إلا أن الاختلافات الدقيقة في الضوء المنبعث يمكن أن تميزها.

وقالت روزا: "لاختبار نتائجنا تجريبيًا، فإننا نعتمد على الجيل القادم من تجارب المراقبة في فيزياء الجاذبية"، في إشارة إلى تلسكوب Event Horizon لصيد الثقوب السوداء وأداة GRAVITY+ التي تمت إضافتها إلى التلسكوب الكبير جدًا في تشيلي. "تهدف هاتان التجربتان إلى مراقبة ما يحدث بالقرب من مركز المجرات عن كثب، وخاصة مجرتنا درب التبانة."