كمية

كتلة الثقب الأسود

كتلة الثقب الأسود، وهي معلمة رئيسية تحدد حجمه وتأثيره الجاذبي.
18 مقالات ذات صلة

الوصف

كتلة الثقب الأسود هي الخاصية الأساسية التي تحدد حجمه وقوة جاذبيته وتأثيره على محيطه. وهي تحدد نصف قطر أفق الحدث — نقطة اللاعودة — الذي يتناسب طردياً مع الكتلة. كما تحدد الكتلة المقياس الزمني للحركة المدارية للأجسام القريبة ومعدل تبخر الثقب الأسود عبر إشعاع هوكينغ، على الرغم من أن هذه العملية بطيئة بشكل لا يمكن تصوره بالنسبة للثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية.

التاريخ

يعود مفهوم الجسم الضخم الذي لا يمكن للضوء الإفلات منه إلى جون ميشيل (1783) وبيير سيمون لابلاس (1796)، لكن الحل الحديث للثقب الأسود في معادلات أينشتاين وُجد بواسطة كارل شفارتسشيلد في عام 1916. وقد صاغ جون ويلر مصطلح 'الثقب الأسود' في عام 1967.

كيف يعمل

يقيس علماء الفلك كتلة الثقب الأسود من خلال الطرق الديناميكية: مراقبة حركة النجوم أو سحب الغاز التي تدور حول الثقب الأسود وتطبيق قوانين كبلر. بالنسبة للثقوب السوداء فائقة الكتلة، يرتبط تشتت السرعات للنجوم في الانتفاخ المجري بالكتلة (علاقة M-sigma). وفي الآونة الأخيرة، توفر موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء قياساً مباشراً للكتل المعنية، حيث يشفر شكل الموجة كتلة الزقزقة. كما تظهر الكتلة في معادلة نصف قطر شفارتسشيلد، r_s = 2GM/c²، التي تربط الجاذبية بالهندسة.

في التطبيق

قياسات كتلة الثقب الأسود ضرورية لاختبار النسبية العامة، وفهم تكوين المجرات وتطورها، وتفسير إشارات موجات الجاذبية من LIGO وVirgo.

حقيقة طريفة

الثقب الأسود فائق الكتلة في مركز المجرة M87، الذي صوره تلسكوب أفق الحدث، تبلغ كتلته حوالي 6.5 مليار شمس — ومع ذلك فإن كثافته المتوسطة أقل من كثافة الهواء.

Concept graph →

مقالات ذات صلة · 18

ساعة بندول في مجرة بعيدة
في أعماق كوكبة السرطان، على بعد 3.5 مليار سنة ضوئية من الأرض، تدق ساعة بندول. البندول هنا هو ثقب أسود ثانوي يدور حول ثقب أساسي أكبر بكثير. كل اثني عشر عامًا، يمر البندول عبر القرص الغازي المحيط بالثقب المركزي، فتدق الساعة: توهج ضوئي ساطع تراه التلسكوبات. في أكتوبر 2022، أعادت الساعة صوتها مرة أخرى. لكن هذه المرة كان التوهج مميزًا.
كيف تبصق الثقوب السوداء الطاقة
الدوامة تبتلع الماء، لكنها ترش معظمه حولها. هذا تقريبًا سلوك الثقب الأسود عندما يسقط عليه الكثير من المادة. في دراسة جديدة، أجرى علماء الفيزياء الفلكية 32 محاكاة حاسوبية لفهم كيف تتحكم معلمات الثقب - الكتلة والدوران و"الشهية" - في هذه النوافير الكونية. اتضح أن كتلة الثقب (في نطاق من 5 إلى 30 كتلة الشمس) لا تؤثر تقريبًا على أي شيء.
كيف يتحول الثقب الأسود إلى ثقب دودي
الثقب الأسود ليس مكنسة كهربائية أبدية. إذا أحطناه بسائل غير مثالي (مادة ذات احتكاك داخلي)، تبدأ الهندسة في عيش حياتها الخاصة. أظهر مؤلفو المقالة أن تدفقًا هندسيًا خاصًا — شبه سوليتون ريتشي-يامابي من نوع η — يعمل كنحات غير مرئي. إنه يعيد تشكيل الزمكان المنحني حول ثقب أسود ثابت ومتناظر كرويًا. هذا التدفق ليس عشوائيًا.
ثلاثية الاستقطابات: لماذا تغني الثقوب السوداء بثلاثة أصوات
حافة أفق الحدث لا تكون هادئة أبداً. الفراغ الكمومي يغلي هنا، ومن هذه الرغوة تنبثق أحياناً جسيمات — هكذا اكتشف Stephen Hawking في عام 1974 إشعاع الثقوب السوداء، رابطاً إلى الأبد الجاذبية بـ النظرية الكمومية. لكن لفترة طويلة، غطت الحسابات فقط الحقول عديمة الكتلة وأبسط الحقول الكتلية.
كيف يلتقط غبار المجرة حرارة الثقوب السوداء غير المرئية
المادة المظلمة لا تُرى بالتلسكوبات، لكن جاذبيتها كشفتها فيرا روبين منذ نصف قرن. منذ ذلك الحين، درس الفيزيائيون عشرات الفرضيات، ومن أكثرها أناقةً الثقوب السوداء الأولية التي نشأت في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم.
ثقب أسود بلا تفرد: هندسة جديدة للفضاء
في مركز الثقب الأسود الكلاسيكي تختبئ تفردية — نقطة تصبح فيها الكثافة وانحناء الزمكان لا نهائيين. هناك تصمت الفيزياء. Karl Schwarzschild كان أول من حلّ معادلات Albert Einstein لمثل هذا الجسم، لكن التفردية بقيت لغزاً.
التضخم المتفرع: كيف كشفت الأشجار العشوائية عن الثقوب السوداء الغريبة
بعد الانفجار العظيم، مر الكون بـتوسع سريع – التضخم، الذي مهد إشعاع الخلفية الكونية وزرع بذور المجرات. لكن على المستوى الكمومي، كانت التقلبات الفوضوية تنضج في حقل الإنفلاتون.
كيف يوقف الضغط ولادة الثقوب السوداء
في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، كان الكون مليئًا ببلازما ساخنة شبه متجانسة. لكن في بعض الأماكن، قد تكون الكثافة أعلى قليلاً بالصدفة. إذا اكتسب هذا التجمع كتلة حرجة، فإنه ينهار ليشكل ثقبًا أسود — هكذا وُلدت الثقوب السوداء البدائية.
الثقوب السوداء تُرتَّب حسب وزنها
الأمواج تفرز الحصى على الشاطئ الرملي. الحصى الصغيرة تتجاور بشكل متلاصق، متشابهة الحجم تقريبًا. أبعد قليلًا عن الشاطئ، نجد حصى أكبر حجمًا وأكثر تنوعًا. وعند حافة الماء حيث يكون الأمواج قوية، تتراكم القطع الأكبر والأكثر استدارة. هكذا تقريبًا تفرز الطبيعة الثقوب السوداء حسب الكتلة عندما تندمج في أزواج.
الثقوب السوداء غير المرئية تترك أثرًا في ضوء غاما
سرب من الكرات الجليدية الصغيرة متناثر في غرفة دافئة. بعضها يذوب أسرع، والبعض الآخر أبطأ، لكن عندما لا يتبقى منها سوى بقع رطبة، تختفي جميعها بنفس الطريقة: آخر قطرة تتبخر وفقًا لنفس القانون. هذا تقريبًا ما تفعله الثقوب السوداء البدائية — أجسام افتراضية وُلدت في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم. أخفها تعيش منذ زمن طويل ثوانيها الأخيرة، ويخضع تبخرها النهائي لسيناريو عالمي.
ثقوب سوداء تؤدي إلى ثقوب دودية
يشبه الثقب الأسود مرجلًا يغلي ببطء. سطحه يصدر جسيمات، وتسمى هذه العملية إشعاع هوكينغ. كلما كان المرجل أسخن، كلما أفرغ أسرع. ولكن ماذا لو كان المرجل ليس عاديًا، بل ذا قاع مزدوج — قادر على التحول إلى ممر إلى مكان آخر؟ درس الفيزيائيون عائلتين من هذه الثقوب السوداء "الماكرة" التي تصبح تحت ظروف معينة ثقوبًا دودية.
ثقوب سوداء توأم: لماذا الخفيفة كسولة والثقيلة كالقمة الدوّارة
متزلجان فنيان يدوران على الجليد. أحدهما خفيف وحذر، لا يكاد يدور. والآخر ضخم وسريع، يدور بكل قوته، بل وفي اتجاهات مختلفة. هذا تقريبًا هو المشهد الذي رسمته الموجات الثقالية الناتجة عن اندماج الثقوب السوداء. حلل العلماء بيانات الكتالوج الرابع لمرصدي LIGO–Virgo–KAGRA ووجدوا أن سرعة دوران الثقوب السوداء في الزوج تعتمد بشدة على كتلتها.
ثقب أسود بقبعة من المادة المظلمة
دوّامة في النهر تجذب كل ما حولها. إذا أضفنا إلى الماء هلامًا غير مرئي يثخن عند حافة الدوّامة ويختفي فجأة على طرفها، نحصل على صورة تقريبية لثقب أسود في نموذج رياضي جديد. حوله توجد سحابة كثيفة من المادة المظلمة تنقطع فجأة عند أفق الحدث (الحدود التي لا يعبر بعدها شيء عائدًا).
وزن غير المرئي: الضوء يكشف أسرار الثقوب السوداء
الثقب الأسود غير مرئي، لكن الضوء الصادر عن المادة الحارة التي تدور حوله يفضح أمره. هذا الضوء أشبه برسول مزدوج: على أحد جانبي المدار يزرق وهو يتجه نحونا، وعلى الجانب الآخر يحمر وهو يبتعد. ولكن الجاذبية نفسها (تقوس الزمكان) تعيد تلوين الأشعة، سارقةً طاقتها. لفصل تأثير عن الآخر، يقارن العلماء قراءات "مخبرين" متماثلين.
علم الكون2026-01-061 دarXiv:2601.03347سريع
الثقوب السوداء «وزنت» سرعة توسع الكون
كل اندماج لـ ثقوب سوداء يولّد موجات الجاذبية — تموجات في نسيج الكون — تنبأ بها أينشتاين وسُجلت لأول مرة بمساهمة رئيسية من كيب ثورن. كدقات جرس عملاق، تحمل هذه الموجات معلومات عن الكتلة: معظم التصادمات تتجمع حول ثلاث قيم — 10 و18 و33 كتلة شمسية.
المجرات2025-12-031 دarXiv:2512.04166سريع
ثقب أسود هائل هارب: أثر بين نجمي بطول 200 ألف سنة ضوئية
رصد تلسكوب جيمس ويب في مجرة بعيدة شريطًا متوهجًا يشبه أثر القارب في الماء، لكنه يمتد على مئتي ألف سنة ضوئية. في مقدمة هذا الأثر يتحرك ثقب أسود هائل — جسم بجاذبية هائلة لدرجة أن الضوء نفسه لا يستطيع الإفلات منه. إنه يخترق الغاز بين النجمي المخلخل بسرعة 954 كم/ث.
ظل الجاذبية في فجر الكون
الكوازار W2246–0526 هو منارة أُضيئت عندما كان عمر الكون 1.3 مليار سنة فقط. يصل ضوؤه إلينا بعد رحلة استغرقت 12.8 مليار سنة، لكن حتى من هذه المسافة الهائلة، تمكن علماء الفلك من رصد ما ظل عصيًا على المراقبة لعقود: ظل الجاذبية لثقب أسود.