تمكن علماء الفلك من رصد اصطدام بين ثقبين أسودين بتفاصيل غير مسبوقة، مما يوفر أوضح نظرة حتى الآن على طبيعة هذه الأجسام الكونية الغريبة ويؤكد التنبؤات التي وضعها الفيزيائيان الأسطوريان **ألبرت أينشتاين** و**ستيفن هوكينغ** قبل عقود.
اكتشاف الموجات الثقالية وقوة مرصد LIGO
أصبح هذا الحدث، الذي أُطلق عليه اسم **GW250114**، معروفًا في يناير الماضي عندما رصده الباحثون باستخدام مرصد **لايغو (LIGO)** للموجات الثقالية — وهو عبارة عن مجموعتين متطابقتين من الأدوات تقعان في ليفينغستون (لويزيانا) وهانفورد (واشنطن). التقطت الأدوات **الموجات الثقالية**، وهي تموجات خافتة في الزمكان تنتج عن اصطدام الثقبين الأسودين ببعضهما.
البحث عن الموجات الثقالية، وهي ظواهر تنبأت بها نظرية النسبية العامة لأينشتاين في عام 1915، هو الطريقة الوحيدة لتحديد اصطدامات الثقوب السوداء من الأرض. اعتقد أينشتاين أن الموجات ستكون أضعف من أن تلتقطها التكنولوجيا البشرية، ولكن في سبتمبر 2015، سجلها مرصد **لايغو** لأول مرة، وحصد لاحقًا جائزة نوبل لثلاثة علماء قدموا مساهمات رئيسية في تطوير "تلسكوب الثقوب السوداء" هذا.
وقال **ماكسيميليانو إيزي**، أستاذ مساعد في علم الفلك بجامعة كولومبيا، والذي قاد دراسة جديدة لتعاون **لايغو-فيرغو-كاغرا (LIGO-Virgo-KAGRA)** حول بيانات GW250114، إن كل ثقب أسود تم اكتشافه حديثًا كان يبلغ حوالي 30 إلى 35 ضعف كتلة الشمس، وكانا يدوران ببطء شديد. ونُشرت الدراسة يوم الأربعاء في مجلة **Physical Review Letters**.
وقال إيزي إن الثقبين الأسودين كانا على بعد حوالي **مليار سنة ضوئية**، وكان كل منهما يدور حول الآخر في مدار دائري شبه مثالي. وبلغت كتلة الثقب الأسود الناتج حوالي 63 ضعف كتلة الشمس، وكان يدور بسرعة 100 دورة في الثانية.
وأوضح إيزي أن هذه الخصائص تجعل الاندماج نسخة طبق الأصل تقريبًا من الاكتشاف الأول الرائد قبل 10 سنوات. وأضاف: "لكن الآن، وبفضل التحسن الكبير في الأجهزة، يمكننا رؤية هذين الثقبين الأسودين بوضوح أكبر بكثير، وهما يقتربان ويندمجان في ثقب واحد".
وقال إيزي إن هذه المراقبة تمنح العلماء نظرة جديدة تمامًا على "ديناميكيات المكان والزمان".
اختبار نظرية أينشتاين: البساطة الغامضة للثقب الأسود
ساهمت التعديلات الأخيرة التي أُجريت على مكونات مرصد لايغو الرئيسية (بما في ذلك الليزرات والمرايا) في زيادة الدقة وتقليل ضوضاء الخلفية. هذا الأداء المحسن جعل الملاحظة الجديدة أكثر دقة بثلاث مرات من الملاحظة الافتتاحية قبل عقد من الزمان.
سمحت هذه الدقة غير المسبوقة لعلماء الفلك باستخدام GW250114 لتأكيد التنبؤات التي وضعها الفيزيائيون البارزون قبل عقود.
ينص التنبؤ الأول، الذي وضعه عالم الرياضيات النيوزيلندي **روي كير** في عام 1963، استنادًا إلى نظرية أينشتاين للنسبية العامة، على أن الثقوب السوداء يجب أن تكون أجسامًا بسيطة بشكل متناقض، يمكن وصفها بمعادلة واحدة فقط.
وقال إيزي: "الثقوب السوداء غامضة ومعقدة ولها آثار مهمة على تطور الكون، لكننا نعتقد رياضيًا أنه يجب وصفها بالكامل برقمين فقط. كل ما يمكن معرفته عنها يجب أن يأتي من حجم الثقب الأسود — أو كتلته — ومدى سرعة دورانه".
لاختبار هذه النظرية، استخدم الباحثون خاصية فريدة لاصطدامات الثقوب السوداء: **"الرنين" أو الاهتزاز** — مثل جرس ضُرِب بمطرقة — ينتجه الثقب الأسود النهائي. وقال إيزي: "إذا كان لديك جرس وضربته بمطرقة، فسوف يرن. درجة ومدة الصوت، وخصائص الصوت، تخبرك شيئًا عن تكوين الجرس. يحدث شيء مماثل مع الثقوب السوداء — إنها ترن في الموجات الثقالية".
يتضمن هذا الرنين معلومات حول بنية الثقب الأسود والفضاء المحيط به. وعلى الرغم من أن الظاهرة قد رُصدت بشكل خافت من قبل، فقد أعادت GW250114 إشارة بـ"طورين... طور أساسي وطور إضافي" بوضوح أكبر بكثير.
وأضاف إيزي: "لقد حددنا مكونين لهذا الرنين، وهذا سمح لنا باختبار أن هذا الثقب الأسود يتفق حقًا مع كونه موصوفًا برقمين فقط، الكتلة والدوران. وهذا أمر أساسي لفهمنا لكيفية عمل المكان والزمان — أن هذه الثقوب السوداء يجب أن تكون بلا ملامح، بطريقة ما. إنها المرة الأولى التي نتمكن فيها من رؤية هذا الأمر بهذه القوة".
تأكيد نظرية هوكينغ لمساحة السطح
التنبؤ الثاني الذي أكدته GW250114 هو التنبؤ الذي وضعه الفيزيائي البريطاني **ستيفن هوكينغ** في عام 1971، والذي ينص على أنه عندما يندمج ثقبان أسودان، يجب أن تكون مساحة السطح الناتجة مساوية أو أكبر من مساحة سطح الثقبين الأسودين الأصليين.
وقال إيزي: "إنها نظرية عميقة، ولكنها بسيطة للغاية، تنص على أن إجمالي مساحة سطح الثقب الأسود لا يمكن أن يقل أبدًا — يمكن أن يزداد فقط أو يبقى كما هو".
على الرغم من أن ملاحظات لايغو السابقة قدمت تأكيدات أولية للنظرية، فإن وضوح هذه الإشارة الجديدة يمنح الباحثين ثقة لا مثيل لها.
وأوضح إيزي: "لأننا قادرون على تحديد جزء الإشارة القادم من الثقوب السوداء في وقت مبكر، عندما تكون منفصلة عن بعضها البعض، يمكننا استنتاج مساحاتها من ذلك. ثم يمكننا النظر إلى الجزء الأخير جدًا من الإشارة القادمة من الثقب الأسود النهائي، وقياس مساحته الخاصة".
تمامًا مثل معادلة كير، تستخدم نظرية هوكينغ أيضًا عمل أينشتاين كأساس لها: "نظريات أينشتاين تشبه نظام التشغيل لكل هذا"، كما أوضح إيزي.
وقال **كيب ثورن**، أحد الحائزين الثلاثة على جائزة نوبل لمساهماتهم في مرصد لايغو، في بيان حول النتائج الجديدة، إن هوكينغ اتصل به بمجرد أن علم باكتشاف الموجات الثقالية عام 2015 ليسأله عما إذا كان لايغو سيتمكن من اختبار نظريته. وأضاف عن الفيزيائي الراحل: "لو كان هوكينغ على قيد الحياة، لكان قد استمتع برؤية مساحة الثقوب السوداء المندمجة تزداد".
وقال إيزي إنه من الرائع كيف يتم تأكيد هذا العمل النظري الرائد بعد عقود باستخدام أدوات متقدمة. وأضاف أن تأكيد معادلة هوكينغ يمكن أن يكون له آثار على هدف مرغوب فيه للغاية في الفيزياء — الجمع بين النظرية النسبية العامة، التي تصف الجاذبية، وميكانيكا الكم، التي تتعلق بعالم دون الذري، وهما نظريتان تبدوان غير متوافقتين.
وقال: "لقد أنشأ لايغو فرعًا جديدًا بالكامل من علم الفلك. لقد أحدث ثورة في ما نعتقده حول الأجسام المدمجة، وخاصة الثقوب السوداء". وأضاف: "قبل تشغيل لايغو، لم يكن الناس متأكدين حتى من أن الثقوب السوداء يمكن أن تندمج وتتحطم وتتشكل بهذه الطريقة".