كشف الأسرار الداخلية للثقوب السوداء - مع الرياضيات

محاكاة الثقب الأسود الهائل

تظهر محاكاة حاسوبية ثقبًا أسود هائلًا في قلب إحدى المجرات. تمثل المنطقة المركزية السوداء أفق الحدث ، حيث لا يمكن للضوء الهروب. (رصيد الصورة: NASA و ESA و D. Coe و J. Anderson و R. van der Marel (STScI))



الثقوب السوداء هي المؤمن النهائي بالخصوصية الشخصية: فهي لا تسمح تقريبًا لأي معلومات عن نفسها بالهروب إلى الفضاء. وبدلاً من البحث بأعينهم ، وجد العلماء طريقة للنظر داخل الثقب الأسود باستخدام الرياضيات.



قال ريتشارد هنري ، عالم الفلك في جامعة جونز هوبكنز ، لموقع ProfoundSpace.org: 'هذه الثقوب السوداء رياضية للغاية ، ولا يوجد شيء لها أكثر من الرياضيات'.

قدم هنري طريقة جديدة للنظر داخل الثقوب السوداء الشهر الماضي في الاجتماع رقم 228 للجمعية الفلكية الأمريكية في سان دييغو. [No Escape: Dive Into a Black Hole (Infographic)]

'عالم اخر'



عندما يصل نجم ضخم إلى نهاية عمره الافتراضي ، يمكن أن ينهار إلى ثقب أسود. قال هنري إنه بينما تقع الثقوب السوداء الهائلة في مركز المجرات ، يمكن حتى للثقوب السوداء الأصغر حجمًا أن تتناسب مع كتلة عدة ملايين من الشمس داخل منطقة ليست أكبر من البروتون. كتلتها الهائلة ، المكدسة داخل مساحة صغيرة ، لن تسمح لأي شيء بالهروب ، ولا حتى الضوء. يمكن للعلماء فقط مراقبة الحواف الخارجية ، المعروفة باسم أفق الحدث ، حيث تتفاعل المواد مع الثقب الأسود. ونتيجة لذلك ، يمكنهم تحديد ثلاث خصائص فقط حول الثقوب السوداء: كتلتها ودورانها وشحنتها.

يمكن للكتلة الهائلة للثقوب السوداء أن تشوه نسيج المكان والزمان من حولها على الفور. من خلال التركيز فقط على الرياضيات التي تصف الزمان والمكان حول الثقوب السوداء ، وجد هنري وزملاؤه كيلان ويلكومب وجيمس أوفردين ، وكلاهما من جامعة توسون في ماريلاند ، طريقة جديدة لوصفها ، مما يشير إلى بنية أكثر تعقيدًا مما اقترحته القياسات السابقة.

تمتد طائرة نفاثة عملاقة من الثقب الأسود الهائل في وسط المجرة Pictor A لأكثر من 300000 سنة ضوئية. كما توجد أدلة على إطلاق نفاثة أخرى في الاتجاه المعاكس.



تمتد طائرة نفاثة عملاقة من الثقب الأسود الهائل في وسط المجرة Pictor A لأكثر من 300000 سنة ضوئية. كما توجد أدلة على إطلاق نفاثة أخرى في الاتجاه المعاكس.(رصيد الصورة: X-ray: NASA / CXC / Univ of Hertfordshire / M.Hardcastle et al. ، Radio: CSIRO / ATNF / ATCA)

تشير الأوصاف الرياضية التقليدية للثقوب السوداء إلى أن انحناء الفضاء في أفق الحدث ثابت وإيجابي ، مثل الكرة ، وبالتالي يستخدم العلماء نظام إحداثيات كروي (على سبيل المثال ، خط الطول وخط العرض) لوصف الفضاء. علاوة على ذلك ، فإن نظام الإحداثيات المصمم لنوع معين من المساحة المنحنية لن يعمل دائمًا في نوع مختلف من المساحة المنحنية. لكن في بحثهم ، طرح الفريق مثال النظر إلى خريطة الأرض التي تم تغييرها من كرة إلى سطح مستو. في هذه ما يسمى ب خرائط الإسقاط مركاتور ، تبدو جرينلاند أكبر من الولايات المتحدة القارية ، على الرغم من أنها في الواقع لا تحتوي إلا على ربع مساحة اليابسة. وبالمثل ، يقول الباحث إن نظام الإحداثيات الذي يقيس المواقع القريبة من الثقب الأسود وداخله يجب أن يتغير اعتمادًا على المنطقة التي يتم قياسها.

مع أخذ ذلك في الاعتبار ، قرر الفريق التركيز على الكميات الرياضية المعروفة بالثوابت. تحتفظ المتغيرات بالقيم نفسها بغض النظر عن نظام الإحداثيات المستخدم لوصفها. لذلك ، على سبيل المثال ، قد يتغير الرقم المرتبط بطول المركبة الفضائية المتجهة إلى الثقب الأسود مع تحرك السفينة عبر أنظمة إحداثيات مختلفة ، لكن ثوابتها ستبقى ثابتة.



يمكن ربط معظم الثوابت السبعة عشر المرتبطة بأنواع مختلفة من الثقوب السوداء رياضيًا. وفقًا للفريق ، خمسة فقط مستقلون حقًا ، مما يعني أن قيمهم ليست مرتبطة بقيم الثوابت الأخرى - ويمكن للعلماء تعيين هؤلاء الخمسة لبناء محاكاة لما يحدث داخل الثقوب السوداء.

وصف الفريق ورسم مخططًا لهذه الكميات الخمس ، بعضها لأول مرة على الإطلاق ، وكشف عن العالم الداخلي المعقد للثقوب السوداء. أكدت معادلاتهم أن التقلبات البرية في إحدى الكميات داخل الثقب الأسود الدوار تشمل مناطق فيها وقت فراغ لديه انحناء سلبي يشبه السرج ، والذي يرتبط بخاصية تسمى الحقول المغناطيسية الجاذبية المسؤولة عن إنتاج النفاثات الهائلة التي تنفث من الثقوب السوداء فائقة الكتلة في مركز المجرات.

يمكن أن تساعد الخرائط المستقبلية التي تم إنشاؤها باستخدام فهم الباحثين الجديد للانحناء داخل الثقوب السوداء العلماء على فهم سبب تتباهى بعض المجرات بنفاثات وغيرها ، مثل درب التبانة ، لا تفعل ذلك ، قال هنري لموقع ProfoundSpace.org.

قال هنري: 'الثقوب السوداء هي عالم آخر'. 'إذا ذهبت إلى هناك ، فلن تعود'.

البحث متاح على الإنترنت في arXiv .

تابع نولا تايلور ريد على تويتر تضمين التغريدة أو + Google . تابعنا على تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . نُشر في الأصل في موقع demokratija.eu .