تصور ناسا الجديد للثقب الأسود يأخذ المشاهدين إلى ما هو أبعد من حافة الهاوية
تصور ناسا الجديد للثقب الأسود يأخذ المشاهدين إلى ما هو أبعد من حافة الهاوية
مصر:إيهاب محمد زايد
هل تساءلت يومًا ماذا يحدث عندما تسقط في ثقب أسود؟ الآن، بفضل التصور الجديد والغامر الذي تم إنتاجه على حاسوب ناسا العملاق، يمكن للمشاهدين الغطس في أفق الحدث، نقطة اللاعودة للثقب الأسود.
في هذا التصور لرحلة نحو ثقب أسود هائل، تسلط الملصقات الضوء على العديد من الميزات الرائعة التي تنتجها تأثيرات النسبية العامة على طول الطريق. تم إنتاج هذه المحاكاة على حاسوب عملاق تابع لوكالة ناسا، حيث تتتبع الكاميرا أثناء اقترابها، وتدور لفترة وجيزة، ثم تعبر أفق الحدث – نقطة اللاعودة – لثقب أسود وحشي يشبه إلى حد كبير ذلك الموجود في مركز مجرتنا. مصدر الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا/J. شنيتمان وبي باول
شاهد الغطس في فيديو 360 على موقع يوتيوب
يقول جيريمي شنيتمان، عالم الفيزياء الفلكية في مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا في جرينبيلت بولاية ميريلاند: “كثيرًا ما يسأل الناس عن هذا الأمر، وتساعدني محاكاة هذه العمليات التي يصعب تخيلها على ربط الرياضيات النسبية بالعواقب الفعلية في الكون الحقيقي”. خلق التصورات. “لذلك قمت بمحاكاة سيناريوهين مختلفين، أحدهما حيث الكاميرا – التي تحل محل رائد فضاء جريء – تخطئ أفق الحدث وتعود بالمقلاع، والآخر حيث تعبر الحدود، وتحدد مصيرها”.
التصورات متوفرة في أشكال متعددة. تعمل مقاطع الفيديو التوضيحية بمثابة أدلة لمشاهدة معالم المدينة، حيث تسلط الضوء على التأثيرات الغريبة للنظرية النسبية العامة لأينشتاين. تتيح الإصدارات التي يتم تقديمها كمقاطع فيديو بنطاق 360 درجة للمشاهدين الاطلاع على كل ما حولهم أثناء الرحلة، بينما تعمل الإصدارات الأخرى كخرائط مسطحة للسماء بأكملها.
لإنشاء التصورات، تعاون شنيتمان مع زميله عالم غودارد بريان باول واستخدم الكمبيوتر العملاق Discover في مركز ناسا لمحاكاة المناخ. أنتج المشروع حوالي 10 تيرابايت من البيانات – أي ما يعادل تقريبًا نصف المحتوى النصي المقدر في مكتبة الكونجرس – واستغرق حوالي 5 أيام من العمل على 0.3% فقط من معالجات Discover البالغ عددها 129000 معالج. سيستغرق نفس العمل الفذ أكثر من عقد من الزمن على جهاز كمبيوتر محمول نموذجي.
الوجهة هي ثقب أسود هائل تبلغ كتلته 4.3 مليون مرة كتلة شمسنا، أي ما يعادل الوحش الموجود في مركز مجرتنا درب التبانة.
وأوضح شنيتمان: “إذا كان لديك الخيار، فأنت تريد الوقوع في ثقب أسود هائل”. “الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية، والتي تحتوي على ما يصل إلى حوالي 30 كتلة شمسية، تمتلك آفاق حدث أصغر بكثير وقوى مد وجزر أقوى، والتي يمكن أن تمزق الأجسام المقتربة قبل أن تصل إلى الأفق”.
يحدث هذا لأن قوة الجاذبية على طرف جسم أقرب إلى الثقب الأسود أقوى بكثير من قوة الجاذبية على الطرف الآخر. تتمدد الأجسام الساقطة مثل المعكرونة، وهي عملية يطلق عليها علماء الفيزياء الفلكية اسم السباغيتي.
يمتد أفق الحدث للثقب الأسود المحاكى لمسافة حوالي 16 مليون ميل (25 مليون كيلومتر)، أو حوالي 17% من المسافة من الأرض إلى الشمس. تحيط بها سحابة مسطحة دوارة من الغاز الساخن المتوهج تسمى القرص التراكمي وتكون بمثابة مرجع مرئي أثناء الخريف. وكذلك الحال بالنسبة للهياكل المتوهجة التي تسمى حلقات الفوتون، والتي تتشكل بالقرب من الثقب الأسود من الضوء الذي دار حوله مرة واحدة أو أكثر. خلفية السماء المرصعة بالنجوم كما تُرى من الأرض تكمل المشهد.
قم بجولة في تصور بديل يتتبع الكاميرا أثناء اقترابها، ثم سقوطها، ثم دورانها لفترة وجيزة، ثم الهروب من ثقب أسود هائل. تتيح هذه النسخة الغامرة بزاوية 360 درجة للمشاهدين النظر حولهم أثناء الرحلة. مصدر الصورة: مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا/J. شنيتمان وبي باول
شاهد شرح التحليق على اليوتيوب
عندما تقترب الكاميرا من الثقب الأسود، لتصل إلى سرعات أقرب إلى سرعة الضوء نفسه، يتضخم التوهج الصادر عن القرص المتنامي ونجوم الخلفية بنفس الطريقة التي يرتفع بها صوت سيارة السباق القادمة. يبدو ضوءهم أكثر سطوعًا وبياضًا عند النظر في اتجاه السفر.
تبدأ الأفلام بالكاميرا التي تقع على بعد حوالي 400 مليون ميل (640 مليون كيلومتر)، حيث يملأ الثقب الأسود المشهد بسرعة. على طول الطريق، يصبح قرص الثقب الأسود، وحلقات الفوتون، والسماء الليلية مشوهة بشكل متزايد – بل وتشكل صورًا متعددة عندما يعبر ضوءها الزمكان المشوه بشكل متزايد.
في الوقت الفعلي، تستغرق الكاميرا حوالي 3 ساعات للوصول إلى أفق الحدث، وتنفذ ما يقرب من مدارين كاملين مدة كل منهما 30 دقيقة على طول الطريق. ولكن بالنسبة لأي شخص يراقب من بعيد، فإنه لن يصل إلى هناك أبدًا. عندما يصبح الزمكان مشوهًا أكثر من أي وقت مضى بالقرب من الأفق، فإن صورة الكاميرا ستتباطأ ثم تبدو وكأنها تتجمد على مسافة قريبة منها. ولهذا السبب أشار علماء الفلك في الأصل إلى الثقوب السوداء باسم “النجوم المتجمدة”.
وفي أفق الحدث، حتى الزمكان نفسه يتدفق نحو الداخل بسرعة الضوء، وهي السرعة القصوى الكونية. بمجرد دخولها، تندفع كل من الكاميرا والزمكان الذي تتحرك فيه نحو مركز الثقب الأسود – وهي نقطة ذات بعد واحد تسمى النقطة المفردة حيث تتوقف قوانين الفيزياء كما نعرفها عن العمل.
وقال شنيتمان: “بمجرد أن تعبر الكاميرا الأفق، فإن تدميرها عن طريق السباغيتي يكون على بعد 12.8 ثانية فقط”. ومن هناك، لا يبعد سوى 79500 ميل (128000 كيلومتر) عن نقطة التفرد. انتهت هذه المرحلة الأخيرة من الرحلة في غمضة عين.
وفي السيناريو البديل، تدور الكاميرا بالقرب من أفق الحدث ولكنها لا تعبره أبدًا وتهرب إلى بر الأمان. إذا طارت رائدة فضاء بمركبة فضائية في هذه الرحلة ذهابًا وإيابًا التي تستغرق 6 ساعات بينما بقي زملاؤها على متن السفينة الأم بعيدًا عن الثقب الأسود، فإنها ستعود أصغر بـ 36 دقيقة من زملائها. وذلك لأن الوقت يمر ببطء أكبر بالقرب من مصدر جاذبية قوي وعندما يتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء.
وأشار شنيتمان إلى أن “هذا الوضع يمكن أن يكون أكثر تطرفاً”. “لو كان الثقب الأسود يدور بسرعة، مثل ذلك الذي ظهر في فيلم Interstellar لعام 2014، لكانت قد عادت أصغر سنًا بسنوات عديدة من زملائها في السفينة”.
