كوبنهاغن-سبأ:
ابتكر علماء الفيزياء الفلكية في دراسة نشرتها مجلة "التقارير العلمية" Scientific Reports مجموعة من المعادلات التي يمكن أن تصف بدقة انعكاسات الكون التي تظهر في الضوء الملتوي حول الثقب الأسود .
ويعتمد تقارب كل انعكاس على زاوية الملاحظة بالنسبة للثقب الأسود ، ومعدل دوران الثقب الأسود ، وفقًا لحل رياضي وضعه طالب الفيزياء ألبرت سنيبين من معهد نيلز بور في الدنمارك في يوليو 2021.
وكان هذا رائعًا حقًا ، بالتأكيد، ومن المحتمل أيضًا أن يمنحنا أداة جديدة لفحص بيئة الجاذبية حول هذه الأجسام المتطرفة.
وقال سنيبن في بيان عام 2021 : "هناك شيء رائع بشكل خيالي في فهم الآن لماذا تكرر الصور نفسها بهذه الطريقة الأنيقة" . علاوة على ذلك ، فإنه يوفر فرصًا جديدة لاختبار فهمنا للجاذبية والثقوب السوداء .
وإذا كان هناك شيء واحد تشتهر به الثقوب السوداء ، فهو جاذبيتها الشديدة. وعلى وجه التحديد ، أبعد من نصف قطر معين ، فإن أسرع سرعة يمكن تحقيقها في الكون ، أي سرعة الضوء في الفراغ ، غير كافية لتحقيق سرعة الهروب.
ونقطة اللاعودة هذه هي أفق الحدث - المحدد من خلال ما يسمى نصف قطر شوارشيلد - وهذا هو السبب في أننا نقول إنه لا يمكن حتى للضوء الهروب من جاذبية الثقب الأسود.
وخارج أفق الحدث للثقب الأسود مباشرة ، فإن البيئة أيضًا صاخبة بشكل خطير . مجال الجاذبية قوي جدًا لدرجة أن انحناء الزمكان يكون دائريًا تقريبًا.
ويجب على أي فوتونات تدخل هذا الفضاء ، بطبيعة الحال ، أن تتبع هذا الانحناء. هذا يعني ، من وجهة نظرنا ، أن مسار الضوء يبدو مشوهًا ومنحنيًا.
وعند الحافة الداخلية لهذا الفضاء ، خارج أفق الحدث ، يمكننا أن نرى ما يسمى بحلقة الفوتون ، حيث تنتقل الفوتونات في مدار حول الثقب الأسود عدة مرات قبل أن تسقط باتجاه الثقب الأسود أو تهرب إلى الفضاء.
وهذا يعني أن الضوء القادم من الأجسام البعيدة خلف الثقب الأسود يمكن تكبيره وتشويهه و "انعكاسه" عدة مرات. نشير إلى هذا باعتباره عدسة الجاذبية. يمكن أيضًا رؤية التأثير في سياقات أخرى وهو أداة مفيدة لدراسة الكون .
لوقد عرفنا التأثير لبعض الوقت ، واكتشف العلماء أنه كلما اقتربت من الثقب الأسود ، زادت الانعكاسات التي تراها للأجسام البعيدة.
وللانتقال من صورة واحدة إلى الصورة التالية ، كنت بحاجة إلى النظر حوالي 500 مرة أقرب إلى الحافة البصرية للثقب الأسود ، أو الوظيفة الأسية لقطعتين pi ( e 2π ) ، ولكن لماذا كان هذا هو الحال كان من الصعب وصفه رياضيًا.
وكان نهج سنيبين هو إعادة صياغة مسار الضوء وتحديد استقراره الخطي ، باستخدام معادلات تفاضلية من الدرجة الثانية . ووجد أن حله لم يصف رياضيًا سبب تكرار الصور على مسافات e 2π فحسب ، بل وجد أنه يمكن أن يعمل مع ثقب أسود دوار - وأن مسافة التكرار هذه تعتمد على الدوران.
وقال سنيبين: "اتضح أنه عندما يدور بسرعة كبيرة ، لم يعد عليك الاقتراب من الثقب الأسود بمقدار 500 ضعف ، ولكن أقل بكثير" . "في الواقع ، أصبحت كل صورة الآن 50 أو خمس أو حتى أقرب مرتين فقط من حافة الثقب الأسود."
ومن الناحية العملية ، سيكون من الصعب ملاحظة ذلك ، على الأقل في أي وقت قريب - ما عليك سوى إلقاء نظرة على مقدار العمل المكثف الذي تم إجراؤه في التصوير غير المحسوم لحلقة الضوء حول الثقب الأسود الهائل Pōwehi (M87 * ).
ومن الناحية النظرية ، يجب أن تكون هناك حلقات لا نهائية من الضوء حول الثقب الأسود. نظرًا لأننا قمنا بتصوير ظل ثقب أسود فائق الكتلة مرة واحدة ، نأمل أن تكون مسألة وقت فقط قبل أن نتمكن من الحصول على صور أفضل ، وهناك بالفعل خطط لتصوير حلقة فوتون .
وفي يوم من الأيام ، يمكن أن تكون الصور اللانهائية القريبة من الثقب الأسود أداة لدراسة ليس فقط فيزياء الزمان والمكان للثقب الأسود ، ولكن الأجسام الموجودة خلفها - تتكرر في انعكاسات لانهائية في الأبد المداري.
ابتكر علماء الفيزياء الفلكية في دراسة نشرتها مجلة "التقارير العلمية" Scientific Reports مجموعة من المعادلات التي يمكن أن تصف بدقة انعكاسات الكون التي تظهر في الضوء الملتوي حول الثقب الأسود .
ويعتمد تقارب كل انعكاس على زاوية الملاحظة بالنسبة للثقب الأسود ، ومعدل دوران الثقب الأسود ، وفقًا لحل رياضي وضعه طالب الفيزياء ألبرت سنيبين من معهد نيلز بور في الدنمارك في يوليو 2021.
وكان هذا رائعًا حقًا ، بالتأكيد، ومن المحتمل أيضًا أن يمنحنا أداة جديدة لفحص بيئة الجاذبية حول هذه الأجسام المتطرفة.
وقال سنيبن في بيان عام 2021 : "هناك شيء رائع بشكل خيالي في فهم الآن لماذا تكرر الصور نفسها بهذه الطريقة الأنيقة" . علاوة على ذلك ، فإنه يوفر فرصًا جديدة لاختبار فهمنا للجاذبية والثقوب السوداء .
وإذا كان هناك شيء واحد تشتهر به الثقوب السوداء ، فهو جاذبيتها الشديدة. وعلى وجه التحديد ، أبعد من نصف قطر معين ، فإن أسرع سرعة يمكن تحقيقها في الكون ، أي سرعة الضوء في الفراغ ، غير كافية لتحقيق سرعة الهروب.
ونقطة اللاعودة هذه هي أفق الحدث - المحدد من خلال ما يسمى نصف قطر شوارشيلد - وهذا هو السبب في أننا نقول إنه لا يمكن حتى للضوء الهروب من جاذبية الثقب الأسود.
وخارج أفق الحدث للثقب الأسود مباشرة ، فإن البيئة أيضًا صاخبة بشكل خطير . مجال الجاذبية قوي جدًا لدرجة أن انحناء الزمكان يكون دائريًا تقريبًا.
ويجب على أي فوتونات تدخل هذا الفضاء ، بطبيعة الحال ، أن تتبع هذا الانحناء. هذا يعني ، من وجهة نظرنا ، أن مسار الضوء يبدو مشوهًا ومنحنيًا.
وعند الحافة الداخلية لهذا الفضاء ، خارج أفق الحدث ، يمكننا أن نرى ما يسمى بحلقة الفوتون ، حيث تنتقل الفوتونات في مدار حول الثقب الأسود عدة مرات قبل أن تسقط باتجاه الثقب الأسود أو تهرب إلى الفضاء.
وهذا يعني أن الضوء القادم من الأجسام البعيدة خلف الثقب الأسود يمكن تكبيره وتشويهه و "انعكاسه" عدة مرات. نشير إلى هذا باعتباره عدسة الجاذبية. يمكن أيضًا رؤية التأثير في سياقات أخرى وهو أداة مفيدة لدراسة الكون .
لوقد عرفنا التأثير لبعض الوقت ، واكتشف العلماء أنه كلما اقتربت من الثقب الأسود ، زادت الانعكاسات التي تراها للأجسام البعيدة.
وللانتقال من صورة واحدة إلى الصورة التالية ، كنت بحاجة إلى النظر حوالي 500 مرة أقرب إلى الحافة البصرية للثقب الأسود ، أو الوظيفة الأسية لقطعتين pi ( e 2π ) ، ولكن لماذا كان هذا هو الحال كان من الصعب وصفه رياضيًا.
وكان نهج سنيبين هو إعادة صياغة مسار الضوء وتحديد استقراره الخطي ، باستخدام معادلات تفاضلية من الدرجة الثانية . ووجد أن حله لم يصف رياضيًا سبب تكرار الصور على مسافات e 2π فحسب ، بل وجد أنه يمكن أن يعمل مع ثقب أسود دوار - وأن مسافة التكرار هذه تعتمد على الدوران.
وقال سنيبين: "اتضح أنه عندما يدور بسرعة كبيرة ، لم يعد عليك الاقتراب من الثقب الأسود بمقدار 500 ضعف ، ولكن أقل بكثير" . "في الواقع ، أصبحت كل صورة الآن 50 أو خمس أو حتى أقرب مرتين فقط من حافة الثقب الأسود."
ومن الناحية العملية ، سيكون من الصعب ملاحظة ذلك ، على الأقل في أي وقت قريب - ما عليك سوى إلقاء نظرة على مقدار العمل المكثف الذي تم إجراؤه في التصوير غير المحسوم لحلقة الضوء حول الثقب الأسود الهائل Pōwehi (M87 * ).
ومن الناحية النظرية ، يجب أن تكون هناك حلقات لا نهائية من الضوء حول الثقب الأسود. نظرًا لأننا قمنا بتصوير ظل ثقب أسود فائق الكتلة مرة واحدة ، نأمل أن تكون مسألة وقت فقط قبل أن نتمكن من الحصول على صور أفضل ، وهناك بالفعل خطط لتصوير حلقة فوتون .
وفي يوم من الأيام ، يمكن أن تكون الصور اللانهائية القريبة من الثقب الأسود أداة لدراسة ليس فقط فيزياء الزمان والمكان للثقب الأسود ، ولكن الأجسام الموجودة خلفها - تتكرر في انعكاسات لانهائية في الأبد المداري.