الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية
عندما يصبح لب نجم هائل الكتلة ثقيلاً جداً بحيث لا يمكن لأي ضغط أن يدعمه، فإنه ينهار بلا حدود إلى ثقب أسود، وهي منطقة تكون جاذبيتها قوية لدرجة أنه لا يمكن حتى للضوء أن يهرب منها.
Definition
الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية هو بقايا مدمجة، تتكون من انهيار لب نجم هائل، وتكون جاذبيته قوية لدرجة أن المنطقة المحاطة بأفق الحدث لا تسمح لأي شيء، بما في ذلك الضوء، بالهروب.
Scope
يغطي الموضوع تكوّن الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية من انهيار الألباب النجمية الهائلة، ووصفها بواسطة حلول شفارتزشيلد وكير للنسبية العامة، وأفق الحدث والمدار المستقر الأقرب، وكشفها من خلال الثنائيات النجمية السينية وموجات الجاذبية، ونطاق الكتلة الذي يميزها عن النجوم النيوترونية.
Core questions
- كيف يتكون الثقب الأسود ذو الكتلة النجمية؟
- ما هو أفق الحدث؟
- كيف يمكننا اكتشاف شيء لا يصدر ضوءًا؟
- ما هي الكتل التي تمتلكها الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية؟
Key concepts
- أفق الحدث
- نصف قطر شفارتزشيلد
- ثقب كير الأسود
- قرص التراكم
- ثنائي نجمي سيني
- موجات الجاذبية
- فجوة الكتلة
Key theories
- الانهيار غير المتوقف إلى ثقب أسود
- إذا تجاوز لب نجمي منهار الكتلة القصوى التي يمكن أن تدعمها قوى الانحطاط والقوى النووية، فلا يوجد ضغط معروف يمكن أن يوقفه؛ تتنبأ النسبية العامة بالانهيار المستمر داخل أفق الحدث، كما أظهر أوبنهايمر وسنايدر لأول مرة للانهيار المثالي.
- الكشف عن طريق التراكم وموجات الجاذبية
- تُكشف الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية عندما تتراكم من نجم مصاحب وتتوهج بالأشعة السينية، وبواسطة موجات الجاذبية المنبعثة عندما يلتف ثقبان أسودان معًا ويندمجان، والتي اكتشفت لأول مرة في عام 2015، وتقيس كتلها ودورانها مباشرة.
Mechanisms
يتغلب لب النجم المنهار ذي الكتلة الكافية على كل دعم الضغط ويسقط ضمن نصف قطر شفارتزشيلد الخاص به، مكونًا أفق حدث. يصبح هذا الثقب الأسود قابلاً للملاحظة عندما يلتف الغاز من نجم مصاحب عبر قرص تراكم ساخن ويشع الأشعة السينية، أو عندما يندمج ثقبان أسودان ويشعان الطاقة على شكل موجات جاذبية.
Clinical relevance
تختبر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية النسبية العامة في نظام المجال القوي، وترسخ دراسة فيزياء التراكم والنفاثات النسبية في الثنائيات النجمية السينية، وهي المصادر المهيمنة التي تكتشفها مراصد موجات الجاذبية الأرضية، مما يفتح طريقة جديدة لحساب البقايا المدمجة واستكشاف تطور النجوم الهائلة.
History
حل شفارتزشيلد معادلات أينشتاين لكتلة نقطية في عام 1916، وصمم أوبنهايمر وسنايدر الانهيار الجاذبي في عام 1939، ووجد كير الحل الدوراني في عام 1963، وتم تحديد أول الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية في الثنائيات النجمية السينية مثل Cygnus X-1 ثم تأكدت بشكل جماعي من خلال اكتشافات موجات الجاذبية.
Debates
- فجوة الكتلة بين النجوم النيوترونية والثقوب السوداء
- يُناقش ما إذا كانت هناك فجوة في توزيع الكتلة بين أثقل النجوم النيوترونية وأخف الثقوب السوداء، وأين يقع الحد الفاصل؛ تختبر أحداث موجات الجاذبية ذات الكتل في هذا النطاق ما إذا كانت هذه الفجوة موجودة.
Key figures
- J. Robert Oppenheimer
- Karl Schwarzschild
- Roy Kerr
- Roger Penrose
Related topics
Seminal works
- abbott2016
- shapiro1983
Frequently asked questions
- كيف يمكننا رصد ثقب أسود إذا كان الضوء لا يستطيع الهروب منه؟
- نكتشف الثقوب السوداء بشكل غير مباشر: الغاز الذي يسقط باتجاهه يسخن ويصدر الأشعة السينية قبل عبور الأفق، وتكشف مدارات النجوم المصاحبة عن جسم ضخم غير مرئي، وتشيع الثقوب السوداء المندمجة موجات جاذبية يمكن لأجهزة الكشف على الأرض قياسها.
- ما مدى ضخامة الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية؟
- تتراوح عادةً من بضع إلى بضع عشرات من كتل الشمس، وتتكون من انهيار النجوم الهائلة؛ وهذا يميزها عن الثقوب السوداء فائقة الكتلة التي تبلغ ملايين إلى مليارات الكتل الشمسية والموجودة في مراكز المجرات.