انفجار ثقب أسود

في كوكبة الجبار، داخل سحابة الغاز والغبار L1641، اشتعل النجم الشاب PR Ori B فجأة كفرن أُلقي فيه وقود. تضاعف سطوعه خمس مرات، ورأى astronomers لأول مرة كيف يولد نجم فوور (FUor)، وهو حدث نادر يبدأ فيه النجم بابتلاع المادة من القرص المحيط به بشراهة.

السماء الليلية مليئة بالحلقات والفقاعات، لكنها في نطاق الراديو تبدو مختلفة. في بيانات التلسكوب الراديوي الأسترالي ASKAP ظهرت بنية تشبه فقاعتي صابون نُفختا من قصبة واحدة. إحداهما دائرية تمامًا تقريبًا، والأخرى تتداخل معها قليلًا، وكأنهما نُفختا بفارق ثانية واحدة.

يبدأ الانهيار الثلجي في كومة رملية بحبة رمل واحدة. لا أحد يعرف أين ستتحرك بالضبط أو مدى كبر الانهيار. لكن إذا سكبت الرمل لفترة طويلة، ستصل الكومة نفسها إلى حالة تحدث فيها الانهيارات بجميع الأحجام - من الانهيارات الصغيرة إلى الانهيارات العملاقة - وفقًا لنفس القانون. يسمي الفيزيائيون هذا بالتنظيم الذاتي الحرج: نظام بدون تحكم خارجي يحافظ على نفسه عند الحد الذي قد يكون فيه كل حدث هو القشة الأخيرة.

يعمل الثقب الأسود في زوج وثيق مع نجم مرافق كمضخة جاذبية: يسحب الغاز من جارته، ويلفه في قرص تراكم متوهج، ومن وقت لآخر يقذف جزءًا من المادة بعيدًا في نفاثين نسبيين ضيقين. في عام 2021، أقام النظام الثنائي الأشعّي 4U 1543-475 مثل هذا العرض.

بدأت القصة البوليسية الكونية بوميض هادئ في النطاق البصري. كان الجسم AT2019wzc يتوهج ويخفت ببطء مثل جمرة متوهجة. لكن بداخله كان يختبئ شيء أكثر طاقة — نبضات متكررة من الأشعة السينية اللينة، يسميها علماء الفلك ثورانات شبه دورية — انبعاثات قصيرة ولكن منتظمة من الإشعاع عالي الطاقة. تستمر هذه الثورانات لدقائق أو ساعات وتتكرر كل بضع ساعات أو أيام.

قبل عشرة مليارات سنة، كان الكون مليئًا بشرارات قرمزية غريبة. رصدها تلسكوب جيمس ويب في صور الأعماق السحيقة عند انزياحات حمراء بعيدة — مصادر مدمجة تتوهج كـمجرات بأكملها، لكن بحجم منطقة صغيرة جدًا في مركزها. أطلق عليها الفلكيون اسم «النقاط الحمراء الصغيرة». وظلت طبيعتها عصية على التفسير طويلًا.

إن موت نجم ضخم ليس مجرد وميض مستعر أعظم، بل هو أيضًا ميلاد ثقب أسود. في هذه الدراما الكونية، هناك مشهد خفي: حقل قياسي فائق الخفة — وهو مرشح افتراضي لدور المادة المظلمة، التي اشتُبه بها لأول مرة بعد ملاحظات فيرا روبين — يغلف النجم بتكوين ساكن، مثل تموجات غير مرئية على سطح…

الكون مليء بالصرخات التي لا نسمعها. في كل مرة يمزق فيها ثقب أسود نجمًا، يولد توهج مبهر، وغالبًا – نفاثة نسبوية ضيقة تمتد عبر آلاف السنين الضوئية. لكن إذا كان هذا الكشاف موجّهًا بعيدًا عن الأرض، فإننا لا نرى إلا انعكاسًا باهتًا – صدى راديويًا يصل متأخرًا.

في هدوء السحب الجزيئية الباردة، حيث الغاز بين النجمي ينضغط بفعل الجاذبية إلى تكتلات كثيفة، تُعد ولادة النجوم الضخمة واحدة من أكبر ألغاز الفيزياء الفلكية. قد يبدو أن الإشعاع القوي للعملاق حديث الولادة من شأنه أن يبدد المادة المحيطة، موقفًا نموه.

أصبح تلسكوب NICER للأشعة السينية سماعة طبية دقيقة لعلماء الفيزياء الفلكية. في عام 2025، كان 'يستمع' إلى чёрную дыру في النظام الثنائي 4U 1630−47 — وهو جسم مضغوط وُلد من коллапсом ядра массивной звезды (حُسب حد استقرار الأقزام البيضاء بواسطة Субрахманьян Чандрасекар).

في قلب المجرات الضخمة، تنضج 'شرانق' جاذبية هائلة — ثقوب سوداء تبلغ كتلتها مليارات المرات من كتلة الشمس، وتغلفها سُحب كثيفة من الغاز والغبار. ولكن أي تحول يتطلب تمزيق الغلاف. ولأول مرة، يرصد علماء الفلك الكوازارات في اللحظة الحاسمة: وكأنها فراشات كونية، تمزق أغطيتها الغبارية، مقذوفةً المادة بسرعة هائلة، وكاشفةً النواة الساطعة.

في صيف عام 2021، قدّم المذنب 7P/Pons-Winnecke عرضًا حقيقيًا. شبكة التلسكوبات Las Cumbres Observatory تابعت المذنب لما يقرب من ثلاثة أشهر ورصدت ثماني ومضات مفاجئة. كل ومضة تشبه غطاءً يُخلع من السطح: تنطلق سحابة من الغبار والغاز إلى الفضاء، ويصبح المذنب أكثر سطوعًا لفترة قصيرة.

البلازارات هي أشعة طويلة الأمد من الثقوب السوداء في مراكز المجرات. انفجارات أشعة غاما هي أقصر الومضات عند انفجار المستعرات العظمى أو اندماج النجوم النيوترونية. الأولى تعمل ككشاف دائم، والثانية كفلاش تصوير. لكن تلاشي ضوئهما يخضع للقانون نفسه - قانون التبريد السريع.

حساء كثيف يبرد ببطء في قدر. فجأة، تشتعل النار تحته، فيبدأ الحساء بالغليان ويتكسر إلى العديد من الدوامات الصغيرة. هذا تقريبًا ما يفعله قرص الغاز والغبار حول نجم فتّي عندما يشهد توهجًا — تدفقًا مفاجئًا للمادة من القرص إلى النجم. لاحظ علماء الفلك منذ زمن طويل مثل هذه التوهجات لدى النجوم الفتية، لكنهم حتى الآن لم يتمكنوا من تتبع ما يحدث للغبار في القرص أثناء هذه الأحداث بالتفصيل.

المدينة غفت منذ زمن طويل: لا نافذة مضيئة، ولا بيت جديد. فقط في المركز، في مبنى وحيد، نسي أحدهم إطفاء كشاف ضوئي. هكذا تبدو المجرة التي لم تعد تولد نجومًا، بينما لا يزال ثقبها الأسود المركزي متوهجًا. باستخدام تلسكوب جيمس ويب الفضائي، التقط العلماء هذا "الكشاف" — خط نيون لا يمكن تفسيره إلا بنشاط ثقب أسود فائق الضخامة.

يمزّق الثقب الأسود نجمًا، فنرى وميضًا مبهرًا. وبعد عامين، عندما يكون الجميع قد نسي الأمر، تلتقط التلسكوبات الراديوية فجأة إشارة جديدة — وكأنها صدى من الماضي. حتى الآن كان من غير الواضح لماذا يحدث التمزق المدّي للنجم (حيث يفرّق الثقب الأسود النجم بقوى المدّ) أحيانًا "يصمت" في الراديو ثم "يشتعل" فجأة. يقترح مؤلفو الدراسة تفسيرًا.

ثقب أسود صغير جدًا — لا يتجاوز حجمه حجم النواة الذرية — يحوم في سحابة من الهيدروجين. إنه لا يبتلع كل ما حوله، بل يتسرب منه الإشعاع ببطء، فيفقد من كتلته مع كل لحظة. هكذا لا يغلي القدر على الموقد فورًا: أولًا تتصاعد فقاعات صغيرة من القاع، ثم يزداد الماء غليانًا تدريجيًا.

ألقِ حصاة في بركة ماء، ستظهر دوائر على سطح الماء. اضرب جرسًا، سيصدر صوتًا بتردده المميز. الثقب الأسود بعد اصطدامه بثقب آخر "يرن" أيضًا، لكن بدل الصوت، يكون الاهتزاز في نسيج الفضاء نفسه. هذه الاهتزازات المتلاشية تُسمى الأنماط شبه الطبيعية (quasinormal modes)، مثل رنين يتلاشى تدريجيًا. تعتمد هذه الأنماط على كتلة الثقب ودورانه، وبها يمكننا معرفة ما الذي واجهناه بالضبط.

ثقب أسود صغير — بحجم ذرة، لكنه ضخم كجبل. لم يولد من نجم، بل في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم، وظل طوال هذا الوقت يفقد كتلته بهدوء، مُصدرًا حرارة. في نهاية حياته، يسخن لدرجة أنه يطلق في ثوانٍ تدفقًا من الجسيمات يعادل طاقة انفجار نجمي كامل. هذا «العرض الوداعي» هو ما اشتبهوا به في حدث النيترينو الذي سجله كاشف KM3NeT.

في مركز العديد من المجرات يوجد ثقب أسود فائق الكتلة. عندما يسقط الغاز عليه، يسخن ويضيء أشد سطوعًا من مجرة بأكملها — هذه نواة مجرية نشطة. أحيانًا ينطلق من هناك إعصار حقيقي: تيار من الغاز المتأين يندفع بسرعة تصل إلى عشرات بالمئة من سرعة الضوء.

في سحابة كثيفة من الغاز والغبار، حيث تولد النجوم العملاقة، رصد تلسكوب ALMA شيئًا مألوفًا. أربع نفاثات غازية رفيعة تنطلق من المنطقة نفسها، وكل واحدة تترك خلفها سلسلة من العُقَد المضيئة — مثل خط متقطع. كل عقدة هي «طلقة» منفصلة: النجم يقذف الغاز ليس في تدفق منتظم، بل على دفعات مع فترات توقف. نفاثتان تنحنيان مثل حرف S.

في قلب عنقود المجرات الحواء تطفو فقاعة من البلازما الساخنة بحجم عدة مجرات. ترتفع مثل بالون ضخم في الغلاف الجوي، ويتبعها أثر — منطقة يتحرك فيها الغاز. وجّه العلماء إلى هذا الأثر التلسكوب الياباني للأشعة السينية XRISM لقياس كيفية تحرك الغاز بالضبط. اتضح أنه في مركز الأثر تمامًا، يتحرك الغاز بسرعة حوالي 80 كيلومترًا في الثانية بالنسبة للعنقود ككل.

عادةً ما يختبئ الثقب الأسود GRS 1915+105 خلف ستار غازي كثيف، إذ تُمتص أشعته السينية بشدة في طريقها إلينا. لكن في أبريل 2023، انفجر فجأة: زاد تدفق الأشعة السينية نحو عشرة أضعاف. تابع تلسكوبا NICER وSwift الوميض وسجلا كيف تغير الطيف، أي توزيع طاقة الأشعة السينية عبر الأطوال الموجية.

في المجرة NGC 1566، الواقعة في كوكبة السمكة الذهبية، توجد نواة نشطة — ثقب أسود فائق الكتلة تحيط به سحابة من الغاز سريع الحركة. عندما يسقط الغاز نحو الثقب، يسخن ويصدر خطوطًا طيفية لامعة التحليل الطيفي. أحيانًا تصبح هذه الخطوط عريضة جدًا — وهكذا يظهر الدوران السريع للغاز. لكن في NGC 1566، تظهر الخطوط العريضة وتختفي، وكأن أحدهم يقلب مفتاحًا.

يمكن للثقب الأسود أن يعذب نجمًا ليس في حدث كارثي واحد، بل على مدى سنوات، نازعًا منه المادة تدريجيًا. الدور الرئيسي هنا تلعبه قوى المد والجزر — وهي الفرق في جاذبية الثقب الأسود التي تؤثر على الجانبين القريب والبعيد من النجم: الجانب القريب يُجذب بقوة أكبر بشكل ملحوظ، فيبدأ النجم بالتمدد.

تبدو السماء ليلاً ساكنة، لكن أحياناً يبدأ أحد النجوم فجأة بالتوهج. هذا ما حدث مع النظام AT 2019wey: رصده تلسكوب TESS، الذي يُستخدم عادة للبحث عن كواكب حول نجوم أخرى، لكنه صادف أن كان يصور منطقة السماء المطلوبة كل نصف ساعة. وبفضل هذا، تمكن علماء الفلك لأول مرة من رؤية كيف يستيقظ الثقب الأسود في نظام مزدوج — حرفياً، إطاراً بإطار. في النظام AT 2019wey، يسحب الثقب الأسود المادة من نجم عادي مجاور.

يتصرف الثقب الأسود MAXI J1810-222 مثل مكنسة كهربائية عملاقة، لكن مع صمام عكسي: فهو يسحب المادة إلى داخله، ويقذف جزءًا منها مرة أخرى إلى الفضاء. هذا «التدفق العكسي» — الرياح النجمية — لاحظه علماء الفلك في وقت سابق، لكنهم رأوه فقط كبقعة ضبابية في الأشعة السينية. الآن جاءت المساعدة من مطياف RGS على متن القمر الصناعي XMM-Newton.

كاشف المادة المظلمة يشبه ميكروفونًا شديد الحساسية يستمع إلى الصمت. يلتقط دفعات حرارية متناهية الصغر — فونونات (phonons) — تنشأ عندما تصطدم جسيم ببلورة الكاشف. لكن بدلًا من الصمت، تسمع الأجهزة ضجيجًا لسنوات: عدد كبير من الإشارات الضعيفة التي تقل عن بضع مئات من الإلكترون فولت.

قمع عملاق في الفضاء يمتص الغاز من الفضاء المحيط. جزء من هذا الغاز لا يسقط إلى الداخل، بل يُقذف إلى الخارج — مثل رذاذ الماء المغلي. هكذا يتصرف المصدر فائق السطوع للأشعة السينية NGC 5204 X-1: جسم مضغوط (غالبًا ثقب أسود) يبتلع المادة بنهم شديد بحيث ينفجر الفائض إلى الخارج في تدفقات قوية.

في ليلة على طريق صحراوي، يضيء المصباح نادرًا، لكنه فورًا بكامل قوته. هكذا تتصرف النجوم من نوع WZ Sge: تظل خافتة بالكاد لسنوات، ثم تتوهج دفعة واحدة بمئات المرات أكثر سطوعًا. قرر علماء الفلك التحقق مما يحدث في أقراصها الغازية خلال الفترات الهادئة — فوجدوا فيها فراغًا تقريبًا. القرص حول مثل هذا النجم يشبه سحابة رقيقة جدًا: إنه شفاف للضوء مثل زجاج النافذة.

يراقب علماء الفلك التوهجات السينية الصادرة عن محيط الثقب الأسود في مركز المجرة. تتكرر هذه التوهجات بإيقاع محدد، مثل دقات القلب. عادةً، عندما يقترب نجم من الثقب الأسود، يتسارع الإيقاع — كما تتسارع دقات القلب عند الجري. لكن بالنسبة للثقب 'أنسكي'، يتباطأ الإيقاع. كل دقة لاحقة تتأخر أكثر من سابقتها: خلال يوم يزداد الفاصل بنحو نصف ساعة. الأمر أشبه بقلب لا يتسارع تحت الجهد، بل يتجمد.

النجم الشاب B335، الذي لم ينضج بعد، عطس فجأة — لدرجة أن هذا العطس لا يزال مستمرًا حتى الآن. لاحظ علماء الفلك التوهج في الضوء المتناثر من تجويف تدفقه، وقد أتاح فرصة نادرة لرؤية كيف يؤثر هذا الانبعاث الطاقي على النفاث (jet) — وهو تيار الغاز المنطلق من محيط النجم.

في عام 2023، أصبح نجم عادي في كوكبة الثور أكثر سطوعًا بعشرات المرات فجأة. هذا السلوك يشبه مصباحًا كهربائيًا أُدير فجأة إلى أقصى درجة: اشتعل النجم ثم عاد تدريجيًا إلى حالته السابقة. رصد علماء الفلك هذه اللحظة ووجهوا عدة تلسكوبات نحو النجم. رأوا أن حول النجم قرصًا من الغاز والغبار يدور مثل دوامة الماء حول مصرف حوض الاستحمام.

مركز المجرة مدينة حيوية، حيث يمسك ثقب أسود عملاق بالنجوم الغافلة في كثير من الأحيان. لكن التلسكوبات التقطت توهجًا في ضاحية هادئة، على بُعد عشرات الآلاف من السنين الضوئية من النواة. هكذا كشف عن نفسه ثقب أسود متجول — مفترس خفي، طُرد من المركز بعد تصادم مجري قديم. مزق نجمًا مارًا، وأظهر وهج الاحتضار عناصر مألوفة — الهيدروجين والهيليوم.

ظل الثقب الأسود في النظام الثنائي 4U 1755-338 صامتًا لمدة 25 عامًا، ثم اشتعل فجأة في عام 2020. وجّه علماء الفلك إليه تلسكوبين للأشعة السينية في وقت واحد — NICER على متن المحطة الفضائية وNuSTAR في المدار — وراقبوا كل تغير في التوهج.

يمكن لعدد كبير من الذرات أن تعمل مثل أوركسترا متناغمة: إذا أصدرت كل ذرة الضوء بتوافق مع الأخرى، فإن الوميض يكون أكثر سطوعًا بعدة مرات. هذه الظاهرة، التي تسمى الإشعاع الفائق، مدروسة جيدًا في المختبرات لكنها لم تُبحث كثيرًا في الفضاء. يشتبه علماء الفيزياء الفلكية الآن في أن مثل هذه 'النغمات' الجماعية تُسمع أيضًا في الفضاء بين النجوم.

في مركز المجرة J2344، قبل خمس سنوات، مزق ثقب أسود نجمًا، والآن يعجّ هناك غاز ملتهب — «مرجل كوني». كل 12 ساعة، تطفو فيه فقاعات ضخمة من الأشعة السينية، وأثناء صعودها تبرز دفقات فائقة السخونة تدوم من 5 إلى 30 دقيقة. في البداية، اعتُبر هذا النبض المزدوج الغريب خللاً في أجهزة الكشف — لكن الإيقاع استمر يومًا بعد يوم.

اصطدمت مجرتان، ومن مركزهما ينطلق نافورة غير مرئية. تلسكوبا ALMA وVLT اخترقا قلب نظام IRAS20100-4156 — حيث يندمج جزيران نجميان. هناك يغلي العمل: تولد مئات الشموس الجديدة، ومن حرارتها ينفجر تدفق من الغاز البارد إلى الخارج. هذا التدفق — كزفير عملاق. يحمل معه نحو نصف الغاز الجزيئي كله — تلك المادة الخام التي كان يمكن أن تتشكل منها نجوم جديدة. سرعة الرياح 170 كيلومترًا في الثانية. وفي كل عام يقذف كتلة تعادل 700 شمس.

في قلب كل مجرة يغفو ثقب أسود فائق الكتلة — عملاق جاذبي بكتلة تعادل ملايين الكتل الشمسية. عندما يلتهم المادة بنشاط، ترتفع حرارة محيطه إلى درجات هائلة ويشتعل عبر الكون بأكمله — وهذا ما يُعرف بالنواة النشطة لـالمجرة. ولكن كيف يمكن معرفة التوهجات الماضية إذا كان الثقب الأسود اليوم صامتًا، لا يكشف عن نفسه بأي كمية من الإشعاع؟ الجواب يقدمه تأثير يُدعى الصدى الضوئي.

في أكتوبر 2022، رصد الكاشف الفضائي GECAM-C أقوى انفجار غاما GRB 221009A — وهو انفجار أصبح لفترة وجيزة ألمع مصدر لأشعة غاما في السماء. لكن الأكثر إثارة بدأ بعد ذلك: التقط الجهاز سلسلة من الومضات الإضافية، وكان أحدها قياسيًا. أطلق هذا الوميض طاقة قدرها 1.82×$$10^{53}$$ إرج — أكثر من أي وميض معروف بعد انفجارات غاما.