تغير الثقب الأسود

قلب الثقب الأسود ينبض باضطراب. نبضة أكثر سطوعاً، وأخرى أخفت، وفي هذا الإيقاع تتشفّر درجة حرارة الإلكترونات التي تدور عند الأفق نفسه. يسمي الفلكيون هذا الإيقاع المؤشر الطيفي (spectral index): رقم يبيّن كم مرة يتغير السطوع عند الانتقال من تردد موجات راديوية إلى آخر. وفي M87*، الثقب الأسود في مركز مجرة العذراء، لا يثبت هذا الرقم مكانه.

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.

الثقب الأسود ليس مجرد هاوية جاذبية، بل نظام ديناميكي له ديناميكا حرارية خاصة به. ترتفع حرارته كلما تبخّر، وقد اكتشف مؤلفو الدراسة أنه عند بلوغ العتبة الحرجة يمر الثقب بـانتقال طوري — إعادة هيكلة نوعية للحالة، تشبه غليان الماء عند مئة درجة.

من الشائع اعتبار الثقب الأسود مكنسة كونية قاسية تبتلع كل شيء دون تمييز. لكن بحثاً جديداً يقلب الصورة: عند الأفق نفسه يتحول الانحناء من مصيدة إلى نطاطة. كشف تحليل معادلة فوكر-بلانك في مترية شفارتسشيلد-دي سيتر عن مفارقة ’اللا أسر‘: الغبيرة تميل للاندفاع نحو الأفق الكوني بأكثر مما تسقط في الثقب الأسود.

أفق الثقب الأسود يشبه غشاء صابوني مشدود فوق هاوية. من بعيد يبدو أملسًا تمامًا، لكنه عن قرب يرتجف. هذا التموج ينشأ من التقلبات الكمومية — الولادة والاختفاء المستمران للجسيمات في الفراغ. درس الفيزيائيون هذا الارتجاف لثقب أسود في فضاء ثلاثي الأبعاد بانحناء سالب (هكذا يُبنى الكون بهندسة دي سيتر المضادة). ووضعوا وصفة واضحة لقياس مدى التذبذبات، وأسموها «العرض الكمومي» للأفق.

الضوء الساقط في ثقب أسود يحمل معلومات — على سبيل المثال، المسار الذي سلكه الفوتون. يستجيب الأفق (السطح الذي لا يعود منه شيء) لذلك بتغير إنتروبياه — مقياس الاضطراب، المشابه لعدد الصفحات المخلوطة في كتاب. لكن الضوء يتكون من كمّات، والعالم الكمومي لا يحتمل السكون التام: فيه دائمًا ارتجاف — تذبذبات عشوائية، مثل تموجات على سطح الماء بفعل الرياح.

تصوير محيط ثقب أسود يشبه تصوير نافورة: سرعة غالق عالية تُجمّد القطرات، وسرعة بطيئة تمزج كل شيء في خطوط ضبابية. الضوء الصادر عن الغاز المتوهج الذي يدور حول الثقب يسلك مسارات مختلفة للوصول إلينا. بعض الأشعة تنحني حوله في قوس، وأخرى تدور عدة لفات بسبب انحناء الزمكان. في الصورة الواحدة، تختلط أحداث وقعت بفارق ساعات أو سنوات.

في مركز درب التبانة يقع الثقب الأسود الهائل "القوس A*" (Sagittarius A*). كتلته تعادل أربعة ملايين مرة كتلة الشمس، لكنه وفقًا للمقاييس الكونية يتصرف بهدوء: فهو لا يتوهج إلا نادرًا، عندما يبتلع كمية من الغاز. راقبه علماء الفلك باستخدام تلسكوب ALMA الراديوي — وهو سلسلة من الهوائيات عالية في صحراء أتاكاما التشيلية.

يُصدر الثقب الأسود Swift J1727.8-1613 ومضات من الأشعة السينية بإيقاع صارم — وكأنه قلب كوني. الغاز المتساقط على الثقب يشكل قرصًا دوارًا، ويتوهج بنبضات. التقط تلسكوب صيني هذا الإيقاع، كما تلتقط السماعة نبضات القلب.

خرطوم الحديقة يضخ تيارًا قويًا من الماء. إذا ضغطت عليه قليلًا أو هززته، يبدأ التيار في التلوي مثل أفعى، وتتطاير رذاذ الماء في كل اتجاه. شيء مشابه يحدث مع النفاثات البلازمية العملاقة التي تقذفها الثقوب السوداء. هذه النفاثات ملتوية بواسطة الحقول المغناطيسية وقد تفقد استقرارها، فتبدأ في التذبذب.

الكسوف في النجوم الثنائية يعمل كالساعة: القزم الأبيض (وهو بقايا نجم كثيفة) يمر بانتظام أمام جاره، فيخفت ضوءه لفترة قصيرة. لكن في معظم هذه الأزواج، تقدم الساعة أو تتأخر بضع ثوانٍ على مدى سنوات. وقد قاس الفلكيون هذه الاضطرابات في 43 نظامًا ووجدوا نمطًا. إذا كان النجم المرافق مختلطًا تمامًا من الداخل، مثل قدر يغلي، تكون الاضطرابات ضعيفة.

في عام 2019، أظهر علماء الفلك أول صورة في التاريخ لظل ثقب أسود — هاوية مظلمة تحيط بها حلقة برتقالية غير منتظمة. هذا هو الثقب الأسود فائق الضخامة في مركز مجرة M87، على بعد 55 مليون سنة ضوئية منا. الحلقة ليست مجرد مضيئة: أحد جانبيها أكثر سطوعًا بشكل ملحوظ من الآخر. وكأن نارًا تشتعل بشكل غير متساوٍ — اللهب أعلى من جهة. هذا التباين ليس عيبًا عشوائيًا في الصورة.