ماذا يحدث عندما تندمج الثقوب السوداء؟
إن اندماج الثقوب السوداء أمر جميل، وهو من أكثر الأحداث عنفًا في الكون. وإليكم كيف تتكشف هذه العملية.
تبدأ القصة بثقبين أسودين يدوران بعيدًا عن بعضهما البعض في دوائر طويلة كسولة. ربما وُلدا كزوج ثنائي من النجوم، أو ربما التقيا بالصدفة في أعماق الفضاء بين النجوم. وفي كلتا الحالتين، لكي يندمجا، يجب أن يقتربا، مما يعني فقدان قدر كبير من الطاقة المدارية.
النجوم. تتفاعل كل هذه الأجسام مع الثقب الأسود من خلال الجاذبية. وفي بعض الأحيان، تسقط هذه الأجسام داخل الثقب الأسود، ولا يمكن رؤيتها مرة أخرى. وفي أحيان أخرى، تكاد تفشل في الوصول إليه، فتزداد سرعتها قليلاً وتستنزف بعض الطاقة المدارية من الثقب الأسود.
وبمجرد أن تقترب الثقوب السوداء بدرجة كافية، تبدأ عملية أخرى. إذ تهز الثقوب السوداء الزمكان أثناء دورانها حول بعضها البعض، ويؤدي هذا التحريك إلى إطلاق موجات جاذبية تنبعث من الزوج مثل تموجات في بركة. ومع ذلك، فإن الموجات الجاذبية ضعيفة بشكل لا يصدق، ولا تبدأ في استنزاف الطاقة بشكل خطير إلا عندما يكون الثقبان الأسودان قريبين جدًا من بعضهما البعض.
ذات صلة: كيف تقترب الثقوب السوداء الراقصة بما يكفي للاندماج
وقد قاد هذا علماء الفيزياء الفلكية إلى معضلة أطلقوا عليها "مشكلة الفرسخ النجمي النهائي". فقد أظهرت المحاكاة أن التفاعلات التجاذبية مع البيئة يمكن أن تؤدي إلى تقريب الثقوب السوداء إلى مسافة فرسخ نجمي (حوالي 3.26 سنة ضوئية) من بعضها البعض في فترة زمنية معقولة. ولكن ضمن هذه المسافة، لا يوجد ما يكفي من المواد للاستمرار في سحب الطاقة. ومن ناحية أخرى، وعلى نفس المسافة، تكون الموجات الثقالية ضعيفة للغاية، وسوف يستغرق الأمر عدة أضعاف عمر الكون لإنجاز المهمة.
إن مشكلة الفرسخ النجمي الأخيرة تشكل حالياً لغزاً لم يتم حله في الفيزياء الفلكية. ولكن أياً كانت الآلية التي يتم بها ذلك، فإن الثقوب السوداء تقترب في النهاية إلى الحد الذي يسمح للموجات الثقالية بسحب قدر كبير من الطاقة من النظام. وعند هذه النقطة، لا يتبقى أمام الثقوب السوداء سوى بضع ثوان قبل أن تندمج.
وعلى هذه المسافات القريبة، تبدأ الثقوب السوداء في تشويه بعضها البعض. فهي لا تحتوي على أسطح حقيقية؛ أما أفق الحدث فهو حدود غير مرئية تحدد المنطقة التي لا مفر منها. ولكن شكل أفق الحدث لا يعتمد فقط على الثقب الأسود نفسه، بل يعتمد أيضاً على هندسة الزمكان من حوله. لذا، فمع بدء الثقوب السوداء رقصتها القاتلة، تطول أفق الحدث وتمتد باتجاه بعضها البعض.
إننا لا نستطيع أن نفهم ما يحدث بعد ذلك إلا من خلال عمليات محاكاة حاسوبية معقدة تراقب وتتبع تطور آفاق الحدث. ففي غضون ميلي ثانية قبل الاصطدام، يرسل كل ثقب أسود خيطاً رفيعاً ـ نفقاً صغيراً من أفق الحدث ـ نحو رفيقه. وتلتقي هذه الخيوط وتندمج، لتشكل جسراً بين الثقبين الأسودين، كما لو كانا متصلين بحبل سري.
وبسرعة كبيرة، يتسع الجسر وتلتصق آفاق الحدث ببعضها البعض، مثل فقاعتي صابون متصادمتين. وفي غضون لحظة، يندمج الثقبان الأسودان في ثقب واحد.
لا أحد يستطيع أن يتكهن بما يحدث داخل الثقب الأسود. فمركز الثقب الأسود يُعرف باسم "التفرد"، وهي نقطة ذات كثافة لا نهائية. وهنا ينهار فهمنا الحالي للفيزياء. وتُظهِر المحاكاة أن التفردات تلتقي بسرعة ببعضها البعض، ثم تدور حول بعضها البعض لفترة وجيزة ثم تندمج ــ ولكن ما يحدث بالفعل غير واضح.
ومن الغريب أن كتلة الثقب الأسود المندمج حديثًا أقل من مجموع كتلتي الثقبين الأسودين الأصليين. على سبيل المثال، في عام 2016، رصدت مؤسسة التعاون العلمي ليغو أول حدث لموجة جاذبية ناتجة عن اندماج ثقبين أسودين، واكتشفت أن ثقبًا أسودًا يبلغ وزنه 36 كتلة شمسية اندمج مع ثقب أسود آخر يبلغ وزنه 30 كتلة شمسية لتكوين ثقب أسود جديد يزن 63 كتلة شمسية فقط.
قصص ذات صلة:
ماذا حدث للكتل الشمسية الثلاث الإضافية؟ تحولت تلك الكتلة إلى طاقة في هيئة موجات جاذبية. وكان على شخص ما أن يدفع ثمن كل الطاقة المفقودة، والتي جاءت من تحويل كتلة الثقب الأسود نفسه. في كل اندماج للثقوب السوداء، يتحول ما يقرب من 5% إلى موجات جاذبية.
من منظور آخر، فإن هذا يشبه تحويل ثلاث شموس كاملة إلى طاقة نقية. عندما تصطدم الثقوب السوداء، فإنها تطلق طاقة أكبر من أي نجم في الكون – وكل هذا يحدث في صمت تام وظلام.