توصل علماء الفيزياء الروس إلى معرفة كيفية تقدير حجم ظل الثقوب السوداء في الكون المتوسع.

وحسب علماء معهد الأبحاث الفضائية التابع لأكاديمية العلوم الروسية ومعهد الأبحاث النووية "ميفي" فإن الطريقة المبتكرة تتيح إجراء القياسات لأي نموذج كوني.

ويُعتقد أن هناك في وسط غالبية المجرّات ثقوبا سوداء ضخمة تعادل كتلتها ملايين أو مليارات أمثال كتلة الشمس. ولا تستطيع عين الإنسان أن ترى الثقب الأسود لأنه غير مرئي، ولكنه يظهر للمراقب كبقعة قاتمة على خلفية الأجرام الفضائية الساطعة. واصطلح العلماء على تسمية هذه البقعة بظل الثقب الأسود.

وقدم مشروع "افنت هوريزون تلسكوب" في ابريل/نيسان 2019 صورة فريدة لثقب أسود تعكس نتائج رصد ظل ثقب أسود ضخم  في مجرة M87 . 

وتكمن أهم صعوبات رصد ظل الثقب الأسود في أن حجمه الزاوي صغير جدا. لهذا يتطلب الأمر، حتى يتم رصده، التوصل إلى استبانة زاوية عالية جدا. ووفق المنتسبين إلى مشروع "افنت هوريزون تلسكوب" فإنهم توصلوا إلى الاستبانة التي تمكّن المرء الموجود في باريس من قراءة الصحيفة في نيويورك.

 

وقال البروفيسور غنيادي بيسنوفاتي-كوغان، وهو أحد مبتكري طريقة التعبير التحليلي عن حجم الثقب الأسود: "ندرس ظلال الثقوب السوداء الواقعة على مسافات كونية بعيدة جدا.

ويفترض أن يكون ظل كهذا صغيرا جدا، من منطلق أنه كلما ابتعد الجرم أكثر أصبح حجمه الزاوي أقل بالنسبة لنا. إلا أن المسافات الكونية تتعلق بتأثير توسع الكون على انتشار الضوء.

ومن هنا فإن توسع الكون يجعل الحجم الزاوي لجرم قيد الرصد يزداد بقدر ازدياد الانحراف الأحمر، وهو ما يُقاس به ابتعاد الجرم في الكون المتوسع، ولا ينخفض. لذا فإن الحجم الزاوي لظل الثقب الأسود البعيد جدا قد يكون كبيرا إلى درجة يمكن معها رصده بواسطة الأجيال القادمة من التلسكوبات".

 

ويمثل العمل الذئ شهد عام 2020 إنجازه امتدادا للأعمال التي قام بها العلماء في أوقات سابقة.

وتوصل غينادي بيسنوفاتي-كوغان وأوليغ تسوبكو عبر العمل الذي قاما به في عام 2018 إلى إيجاد حل يناسب الكون ذي أي مجموعة من البارامترات.

وتوصل تسوبكو وفان وبيسنوفاتي-كوغن عبر العمل الذي قاموا به في عام 2020 إلى اقتراح استخدام ظل الثقوب السوداء البعيدة  كمسطرة حساب قياسية لاستكشاف الكون.

 

وأوضح غينادي بيسنوفاتي-كوغان قائلا: "إن المقصود بمسطرة الحساب القياسية في علم الكون هي الأجرام الفلكية ذات الحجم المعروف. وتكون كتلة الثقب الأسود هي التي تحدد الحجم الخطي الفعال لظله في الغالب. وبالتالي إذا كان بإمكاننا قياس كتلة الثقب الأسود بدقة فإن الحجم الطبيعي لظله معروف. وعندما نعرف هذا الحجم الطبيعي الفعال ونقيس الحجم الزاوي للظل يمكننا أن نحدد المسافة إلى الثقب الأسود. وتتيح معرفة المسافة وقياس الانحراف الأحمر بحث النموذج الكوني، أي إيجاد البارامترات الكونية. والمطلوب، حتى يتم الاستخدام العملي لهذه الطريقة، زيادة الاستبانة الزاوية للتلسكوبات عشر مرات تقريبا. كما أن الأمر يحتاج إلى تحديد دقيق موضوعي لكتلة الثقوب السوداء".

 

وتوصل عالما الفيزياء تسوبكو وبيسنوفاتي-كوغان عبر عملهما الجديد خلال عام 2020 إلى حل لقياس أي مسافة بين المراقب والثقب الأسود. وتم التوصل إلى الحل بطريق تزويج العوامل المقاربة التي تستخدم لحل المعادلات التفاضلية.

 

ويمكن – يقول العلماء - تجاهل توسع الكون على مقربة من الثقب الأسود نظرا لجاذبية الثقب الأسود القوية. هذا من جهة. ومن جهة أخرى يمكننا أن نتغافل عن جاذبية الثقب الأسود على بعد كبير عنه نظرا لتأثير توسع الكون على أشعة الضوء. وإذا كان هناك مجال وسطاني يكون فيه كل من الحلين صائبا فيمكن تزويجهما وفقا لتعبير علماء الرياضيات. وليس هذا فقط، بل تتيح هذه الطريقة تسجيل الحل المتواصل الذي يصلح لأي مسافة إلى الثقب الأسود.

 

وتتيح الطريقة المشار إليها آنفا إثبات صحة الحل الذي تم التوصل إليه في وقت سابق، للمسافات الكبيرة.

 

يجدر بالذكر أن مؤسسة دعم البحث العلمي في روسيا وفرت دعمًا ماليًا لتأليف هذا المقال.