أندريا غيز: البحث عن ثقب أسود فائق الكتلة

كيف يمكنك مراقبة شيئاً لا يمكنك رؤيته؟ هذا سؤال اساسي لأي شخص مهتم بالبحث عن و دراسة الثقوب السوداء لان الثقوب السوداء هي أجسام ذات قوة جاذبية هائلة بحيث أن لا شيئ يمكنه الهروب منها، بما في ذلك الضوء لذلك لا يمكنك رؤيته مباشرة

لذلك فإن قصتي اليوم عن الثقوب السوداء هي عن ثقب أسود محدد أنا مهتمة في ايجاد ما إذا كان هناك حقاً جسم هائل أم لا، ذلك الذي ندعوه ثقب أسود "فائق الكتلة" في مركز مجرتنا و السبب بأهمية ذلك أنه يعطينا فرصة لاثبات فيما اذا كانت هذه الاجسام الشاذة موجودة حقاً و ثانياً، ذلك يعطينا الفرصة لفهم كيف أن هذه الثقوب السوداء الضخمة تتفاعل مع ما يحيطها و لفهم كيف يؤثرون في التشكيل و التطور للمجرات التي تسكنها

لذلك، لنبدأ نحتاج لفهم ما هو الثقب الأسود بحيث نستطيع فهم اثبات الثقب الأسود لذلك، ما هو الثقب الأسود؟ حسناً، بطرق عديدة الثقب اأسود هو جسم بسيط بشكل لا يصدق لوجود ثلاث خصائص فقط تستطيع أن تصفها: الكتلة الدوران، و الشحنة و سأقوم بالتحدث عن الكتلة فقط لذلك و من هذا المفهوم، انه جسم بسيط جداً و لكن من منطلق آخر، انه جسم معقد جداً نحتاج بشكل نسبي لفيزياء شاذة لوصفه و في بعض الاعتبارات انهيار الفيزياء التي نفهمها عن الكون

و لكن اليوم، الطريقة الي أريدكم ان تفهموا لثقب الاسود لاثبات الثقب الاسود هي بالتفكير به كجسم كتلته محصورة بحجم يساوي الصفر لذلك و بغض النظر عن الحقيقة التي سأتحدث معكم عن جسم هائل الكتلة و سأصل لما يعنيه حقيقةً في خلال دقيقة انه لايملك حجم محدد لذلك هذا شيئ مخادع

و لكن لحسن الحظ هناك حجم محدد يمكنك رؤيته و هو يدعى بشعاع (قطر) شوارزشيلد و سمي بذلك باسم الشخص الذي لاحظ لماذا كان هذا الشعاع مهم انه شعاع تخيلي و ليس حقيقي، الثقب الاسود لا يملك أبعاد لذا، لما هو مهم لهذه الدرجة؟ انه مهم لأنه يخبرنا بأن كل جسم بإمكانه أن يكون ثقباً أسوداً ذلك يعني أنت، جارك، هاتفك المحمول المرج يمكن أن تصبحوا ثقباً أسود اذا أمكنك اكتشاف كيف تضغطه الى حجم شعاع شوارزشيلد

عند تلك النقطة، ما الذي سيحدث؟ عند تلك النقطة الجاذبية تفوز الجاذبية تفوز على جميع القوى الأخرى المعروفة و يجبر الجسم على الاستمرار بالانهيار الى جسم لا متناهي الصغر و عندها يكون ثقباً أسودا لذلك، اذا ضغطت الكرة الأرضية الى حجم مكعب سكر ستصبح ثقباً أسوداً لأن حجم مكعب السكر هو شعاع شوارزشيلد

الآن، المفتاح هنا هو اكتشاف ما هو شعاع شوارزشيلد و تبين أن ذلك حقيقةً شيئ سهل التحديد للغاية انه يعتمد فقط على كتلة الجسم الاجسام الأكبرلها شعاعات شوارزشيلد أكبر الاجسام الاصغر لها شعاعات شوارزشيلد أصغر لذا، اذا اخذنا الشمس و ضغطناها لحجم جامعة أوكسفورد ستصبح ثقباً أسوداً

اذاً نحن نعرف الآن ما هو شعاع شوارزشيلد و هو حقيقةً مفهوم مفيد جداً لأنه لا يخبرنا فقط متى سيتشكل الثقب الاسود ولكن سيعطينا المفتاح الأساسي لاثبات الثقب الأسود اريد فقط شيئين اريد أن أفهم كتلة الجسم الذي ادعي بكونه ثقباً أسوداً و ما هو شعاع شوارزشيلد خاصته و كون الكتلة تحدد شعاع شوارزشيلد هنالك شيئ واحد فقط اريد ان أعرفه حقاً

لذا، عملي من اقناعكم ان هنالك ثقباً أسود ان أظهر ان هناك جسماً ما محصور ضمن شعاع شوارزشيلد و عملكم اليوم أن تكونوا شكاكين حسناً، سأتحدث عن الثقب الأسود الاعتيادي سأتحدث عن الثقب الأسود فائق الكتلة

لذا، سأقول بضعة كلمات عن ماهية الثقب الأسود الاعتيلدي كما لو أنه هناك شيئ يدعى ثقب أسود اعتيادي الثقب الاسود الاعتيادي اعتبر على أنه نهاية حالة حياة نجم ضخم حقيقي لذلك اذا بدأت حياة نجم بكتلة أضخم من كتلة الشمس بالأفول سينهي حياته بانفجار و يترك خلفه بقايا تلك المستعرات النجمية التي نراها هنا و داخل بقايا تلك المستعرات النجمية سيكون هناك ثقبا أسود صغير بكتلة أكبر بقليل من ثلاث أضعاف كتلة الشمس علي المقياس الفلكي ذلك ثقب أسود صغير جداً

و الآن ما أود الحديث عنه هو الثقوب السوداء فائقة الكتلة و الثقوب السوداء فائقة الكتلة اعتبرت انها تستوطن مركز المجرات هذه صورة جميلة مأخوذة بواسطة تلسكوب هابل تظهر لكم أن المجرات تأتي بكل الأشكال و الأحجام هناك الكبيرة و هناك الصغيرة و تقريباً كل جسم في تلك الصورة هناك هو مجرة و هناك لولب جميل جداً في الزاوية العلوية اليسرى  و هناك مائة بليون نجم في تلك المجرة فقط لاعطيكم الاحساس بالحجم و كل الضوء الذي ترونه من مجرة تقليدية مثل المجرات التي نرى هنا يأتي من ضوء النجوم لذلك نرى المجرة بسبب ضوء النجوم

الآن هناك قليل من المجرات الشاذة بشكل نسبي احب ان اسميهم السيدة الاولى في عالم المجرات لأنهم نوعاً ما يستعرضون و ندعوهم نوى المجرات النشطة و ندعوهم كذلك بسبب نواتهم أو مركزهم كونه ناشط جداً لذلك، عند المركز، هناك حقاً يأتي منه معظم ضوء النجوم و للآن ما تراه فعلاً هو ضوء لا يمكن وصفه بضوء النجوم انه عالي الطاقة بطبيعته في الحقيقة، بأمثلة قليلة انه يشبه ما نراه هنا و هناك أيضاً دفقات تنبعث من المركز ثانيةً، مصدر طاقة عصي عن التفسير اذا كنت تظن ان المجرات مؤلفة من نجوم

لذلك ما فكر فيه الناس انه ربما هناك ثقوب سوداء فائقة الكتلة بحيث تسقط المادة فيها لذلك لا يمكنك رؤية الثقب الاسود نفسه ولكن يمكن ان تحول الطاقة الجاذبة للثقب الاسود لضوء يمكنك رؤيته لذلك هناك اعتقاد انه ربما الثقوب السوداء فائقة الكتلة تتواجد بمراكز المجرات و لكن ذلك نوع من المجادلة الغير مباشرة

ومع هذا، انه يعطي دفعة لنظرية انه لربما ليس فقط السيدات الأول تلك التي تملك ثقوب سوداء فائقة الكتلة و لكن كل المجرات لربما تستضيف تلك الثقوب السوداء الفائقة في مراكزها و اذا كانت تلك هي القضية -- و هذا مثال عن مجرة عادية ما نراه هو ضوء النجوم و اذا كان هناك ثقب أسود فائق الكتلة ما نريد افتراضه انه ثقب اسود في حالة حمبة لأن تلك هي الطريقة لاخماد ظاهرة الطاقة التي نرى في نواة المجرة النشطة

اذا كنا سنبحث عن تلك الثقوب السوداء الشبح في مركز المجرات المكان الأفضل للبحث هو في مجرتنا، درب التبانة و هذه صورة عريضة مأخوذة لمركز درب التبانة و ما نراه هو خط النجوم وهذا بسبب ان المجرة التي نعيش فيها مسطحة على شكل قرص و نعيش في منتصفها، لذلك عندما ننظر للمركز نرى منبسط يبين انبساط مجرتنا او خط يحدد انبساط مجرتنا

الآن، الميزة من دراسة مجرتنا ببساطة هي انها المثال الأقرب لمركز مجرة يمكن لنا الحصول عليها أبداً، لأن المجرة التالية الاقرب هي١٠٠ مرة أبعد لذلك يمكن رؤية تفاصيل أكثر في مجرتنا عن أي مكان آخر و كما سترون في دقيقة، قابلية رؤية التفاصيل هو المفتاح لهذه التجربة

لذا، كيف يثبت علماء الفضاء أن هناك كثير من الكتلة في داخل حيز صغير؟ حيث أنه العمل الذي ينبغي أن أريه اليوم و الأداة التي نستخدمها هي مراقبة طريقة دوران النجوم في مدار الثقب الأسود ستدور النجوم في مسار الثقب الأسود بنفس الطريقة التي تدور الكواكب حول الشمس انها القوة الجاذبة التي تجعل الأشياء تشكل مدارات. اذا لم يكن هناك أجسام ضخمة ستذهب هذه الاجسام مبتعدة أو على الأقل ستسير بمعدل أبطأ بكثير لأن ما يحدد دورانهم هو كمية الكتلة الموجودة في مدارهم

لذلك، هذا رائع، لأن عملي اذا تذكرت هو لأري أن هناك الكثير من المادة في حيز صغير لذا، كنت أعرف سرعة الدوران، فسأعرف الكتلة و إذا عرفت مقياس المدار فسأعرف قطره لذا، اريد رؤية النجوم القريبة من مركز المجرة بقدر الامكان لأني اريد أن أري الكتلة داخل منطقة صغيرة قدر الامكان لذلك، هذا يعني أن أرى الكثير من التفاصيل و هذا هو سبب استخدامنا لهذه التجربة أكبر منظار في العالم

انه مرصد كيك. الذي يأوي منظارين بمرآة قطرها ١٠ أمتار، الذي تقريباً أبعاد حلبة التنس الآن، هذا رائع لأن الحملة بالتلسكوبات الكبيرة تعد بأن كلما كبر المنظار، كلما أمكننا رؤية تفاصل أدق لكن وجدنا أن هذه التلسكوبات، أو أي تلسكوب على الأرض لديه تحدي صغير لاضطلاع بهذا الوعد و هو بسبب الغلاف الجوي الغلاف الجوي عظيم لنا، أنه يمكنّنا من النجاة على سطح الأرض و لكنه يشكل تحدياً نسبياً للفلكيين الذين يودون النظر عبر الجو للمصادر الفلكية

لذا، لاعطائكم معنى ذلك بشكل حسي انه كالنظر لحصاة في قاع جدول النظر لحصاة في قاع جدول، و الجدول يتحرك و يموج بشكل دائم، و هذا يجعل من الصعب جداً رؤية الحصاة في القاع و بشكل مشابه جداً بنفس الطريقة، انه لمن الصعب جداً رؤية المصادر الفلكية، بسبب الغلاف الجوي الذي يترك بشكل دائم

لذا، قضيت الكثير في مهنتي في العمل على طرق لتصحيح الجو، ليعطينا منظراً أوضح و هذا يعطينا تقريباً معامل بحدود ٢٠ و أظن أن كل ما يمكنكم الموافقة عليه أنه إذا كان بإمكاننا ايجاد كيف يمكن تحسين الحياة بمعامل ٢٠ لربما طورنا نمط حياتنا بشكل كبير لنقل راتبك، يمكنك ملاحظته، أو أولادك

و هذا الفلم يريكم مثال عن التقنيات المستخدمة، المدعوة البصريات المتكيفة انكم تشاهدون فلماً يدور حول مثال عما سترونه اذا لم تستخدم تلك التقنيات بكلمات أخرى، صورة ترينا النجوم و الصندوق متمركز في مركز المجرة حيث نعتقد بوجود الثقب الأسود لذلك، بدون هذه التقنية لايمكننا رؤية النجوم و بهذه التقنية فجأة اصبحت تراها تلك التقنية تعمل بعرض مرآة في نظام التلسكوب البصري ذلك يعدل بشكل دائم لمواجهة ما يعمله الجو لك لذا، انها تشبه نظارات جميله لمنظارك

الآن، في الشرائح القادمة، سأقوم فقط بالتركيز على المربع الصغير هناك لذلك سنقوم بالنظر الى النجوم في ذلك المربع الصغير فقط على الرغم من اننا نظرنا اليهم جميعاً لذا أود رؤية كيف تحركت تلك الأشياء و خلال مدة هذه التجربة تحركت هذه النجوم بمقدار هائل و كنا نقوم بهذه التجربة لـ ١٥ عام و نرى النجوم تسير بكل الاتجاهات

و الآن معظم الفلكيين لديهم نجمهم المفضل و نجمي اليوم هو المسمى هناك، SO-2 بهو بشكل مطلق نجمي المفضل في العالم و ذلك لأنه يدور هناك فقط في١٥ عاماً و لجعلكم تحسون كم ذلك قصير تأخذ الشمس ٢٠٠ مليون سنة لتدور حول مركز المجرة و النجوم التي عرفناها من قبل القريبة من مركز المجرة بقدر الامكان تستغرق ٥٠٠ سنة و هذا النجم، يدور في غضون حياة المرء ذلك عميق بشكل

و لكنه المفتاح لتلك التجربة. يخبرني المدار كم من الكتلة داخل القطر الصغير جداً لذا نرى لاحقاً هنا الصورة التي اريكم قبل هذه التجربة حجم ما يحجز كتلة مركز المجرة ما نعلمه سابقاً انه كان اربعة ملايين مرة أكبر من كتلة الشمس في داخل تلك الدائرة و كما ترون، هناك الكثير من الاشياء الاخرى داخل الدائرة يمكنك رؤية العديد من النجوم لذا كان هناك الكثير من البدائل لفكرة كون هنالك ثقب أسود بالغ الكتلة في مركز المجرة لأنه يمكنكم وضع الكثير من الأشياء هناك

ولكن في هذه التجربة حصرنا هذه الكتلة الضخمة في حجم أصغر 10 آلاف مرة أصغر و بسبب ذلك، كنا قادرين أن نري أن هناك ثقب أسود بالغ الكتلة لاعطائكم فكرة عن صغر حجمه انه حجم نظامنا الشمسي لذلك نحن نتكلم عن أربعة ملايين مرة حجم الشمس في ذلك الحجم الصغير

الآن الحقيقة في الاعلان اليس كذلك؟ اخبرتكم ان عملي ان اصغره لحجم شعاع شوارزشيلدز و الحقيقة انني لست هناك تماماً و لكن ليس لدينا بديل اليوم لنشرح ذلك التركيز في الكتلة و في الحقيقة، انه الدليل الأفضل لدينا لليوم في انه ليس وجود ثقب أسود بالغ الكتلة في مركز مجرتنا، بل في كامل كوننا لذا ما التالي؟ أنا أظن حقيقة انه جيد بقدر ما نعمله بتقنيتنا الحالية لذلك لنكمل في مسألتنا

لذا ما سأقوله لكم بشكل مختصر هو بضع أمثلة عن الإثارة بما يمكننا عمله اليوم في مركز المجرة، نعرف الآن أن هنالك أو على الأقل نحن نعتقد أن هنالك ثقب أسود هائل هناك و الجزء الممتع في هذه التجربة هو أنه بينما كنا نقوم بامتحان أفكارنا حول نتائج الثقب الأسود العملاق الموجود في مركز مجرتنا تقريباً كل واحد كان متناقضاً مع ما نراه حقاً و هذا هو الممتع.

لذلك، دعوني اعطيكم مثالين يمكنكم السؤال، " ماذا تتوقعون للنجوم المعمرة، النجوم التي كانت حول مركز المجرة لمدة طويلة، كان لديهم الوقت الكافي لتتفاعل مع الثقب الأسود ما تتوقعه هناك تلك النجوم المعمرة متجمعة بشكل كبير حول الثقب الأسود ينبغي أن ترى الكثير من النجوم بقرب الثقب الأسود

علـى نفس النمط، للنجوم الشابة، أو بشكل تبايني لا يجب أن تكون هناك الثقب الأسود لا يشكل جاراً طيباً لحضانة النجوم لتشكيل النجم، يلزمك كرة كبيرة من الغاز و الغبار لتنهار. و هو كيان هش جداً و ماذا يفعل الثقب الأسود؟ انه يشرّح سحابة الغاز لأجزاء انه يسحب من جانب بشكل أكبر من الآخر و السحابة تتفتت لأجزاء في الحقيقة، نحن توقعنا أن تشكيل النجوم لايجب أن يستمر في هذه البيئة

لذا، لايجب رؤية النجوم الشابة لذا، ما الذي نراه؟ باستخدام مراقب غير التي رأيناها اليوم، يمكننا حقاً معرفة أيها الجديدة و أيها المعمرة. المعمرة هي الحمراء و الشابة هي الزرقاء. و الصفراء لا نعرف للآن ما هي. لذلك، يمكنك رؤية مفاجأة هناك ندرة بالنجوم المعمرة. هناك كثرة من النجوم الشابة، و هو عكس ما كان متوقع

و هذا هو الجزء الممتع و في الحقيقة، اليوم هذا ما نحاول أن ندركه ذلك الغموض حول كيفية الحصول-- كيف يمكنك حل هذا التناقض لذا طلابي المتخرجون موجودون الآن و في هذه الحظة عند المنظار في هاواي، يقومون بالمراقبة لايصالنا للمرحلة المقبلة حيث يمكننا بحث هذا السؤال حول لماذا هناك العديد من النجوم الشابة، و القليل من النجوم المعمرة لتحقيق تقدم أكبر نحتاج حقاً للنظر الى مدارات النجوم الأبعد لنقوم بذلك نحتاج على الأرجح تقنية أكثر تعقيداً من التي لدينا اليوم

لأنه، في الحقيقة، بينما أقول كنا نصحح تأثيرات الغلاف الجوي، فنحن بالحقيقة نصحح فقط نصف الأخطاء الناتجة نقوم بذلك بإطلاق ليزر الى الغلاف الجوي، و ما نظن أننا نفعله اننا اذا قمنا بزيادة اللمعان قليلاً سنصحح الباقي و هذا ما نأمل بفعله في السنوات القليلة القادمة و بمقياس زمني أكبر، ما نأمل بفعله هو بناء مناظير أكبر، لأنه، اذا تتذكرون، كلما كان أكبر كلما كان أفضل في علم الفلك

لذا، نريد بناء منظار طوله 30 متر و بهذا المنظار يجب أن نكون قادرين على رؤية النجوم التي هي أقرب من مركز المجرة. و نأمل أن نكون قادرين على اختبار بعض من نظرية اينشتاين حول النسبية العامة بعض الأفكار في علم الكون حول كيفية تشكل المجرات لذا، نظن أن مستقبل هذه التجربة مثير حقاً

لذا، و كنتيجة، سأريكم فيلم يري بشكل أساسي كيف هذه المدارات تتحرك، في ثلاث أبعاد. و آمل، ان لم يكن شيئ آخر، أن أكون قد أقنعتكم أولاً، آننا فعلاً لدينا ثقب أسود عملاق في مركز المجرة. و هذا يعني أن هذه الأشياء موجودة في كوننا و نحن راضين بهذا، يجب علينا أن نشرح كيف يمكننا الحصول على هذه الأجسام في عالمنا الواقعي.

ثانياً، أمكننا النظر لذلك التفاعل حول كيفية تفاعل الثقوب السوداء العملاقة، و ربما فهم، الدور الذي تلعبه بتشكيل المجرات بشكاها الحالي، و كيف تعمل

و أخيراً، و ليس آخراً لا شيئ من ذلك سيحدث بدون حلول التقدم الهائل الذي حدث على صعيد التقنية و نعتقد انه المجال الذي يتقدم بسرعة لا تصدق و يخبئ الكثير في جعبته للمستقبل شكرا جزيلاً (تصفيق)