قررت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم منح نصف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020 للعالم البريطاني روجر بنروز “لاكتشافه أن تكوين الثقب الأسود هو تنبؤ قوي للنظرية النسبية العامة”، في حين منحت نصفها الآخر إلى الألماني رينهارد جينتزل مشاركة مع الأميركية أندريا جيز عن اكتشافهما جرما ضخما شديد الكثافة في مركز مجرتنا.
وبمشاركة العالمة الأميركية أندريا جيز الباحثة في جامعة كاليفورنيا بلوس أنجلوس لنصف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020، تصبح رابع سيدة تحصل على الجائزة.
وقالت جيز في مكالمة هاتفية مع الصحفيين الحاضرين بمؤتمر الإعلان عن الجائزة “أشعر بالبهجة والسعادة الشديدة لكوني رابع امرأة تفوز بجائزة نوبل للفيزياء، وبأنني أحمل على عاتقي مسؤولية كبيرة لذلك، وأتمنى أن أستطيع إلهام الفتيات اليافعات للانخراط في هذا المجال، فهو مليء بالمتعة، ولو كنتِ شغوفة بالعلم، فثمة الكثير مما يُمكن تحقيقه”.
تاريخ الثقب الأسود
كانت الثقوب السوداء مجرد خيال وفضول لدى علماء الرياضيات لفترة طويلة، ففي بحث نشر في نوفمبر/تشرين الثاني 1784، اقترح الفلكي ورجل الدين الإنجليزي جون ميشيل -للمرة الأولي في التاريخ- تصوره لوجود جسم ضخم جدا لدرجة أنه لا يسمح للضوء بأن يفلت منه.
وخَلُص ميشيل إلى أن مثل هذا الجسم سوف يتشكل عندما يتجاوز قطر النجم قطر الشمس بـ500 مرة، وافترضت حساباته أن مثل هذا الجسم قد يملك كثافة الشمس نفسها، وأنه يمكن اكتشاف هذه الأجسام فائقة الحجم من خلال آثارها الجاذبية على الأجسام المرئية القريبة.
وظل هذا المفهوم سائدا إلى أن تنبأت النظرية النسبية العامة بأنه يمكن لكتلة مضغوطة بقدر معين أن تشوه “الزمكان” لتشكيل الثقب الأسود.
وخلال ستينيات القرن 20، أظهر العمل النظري تنبؤ النسبية العامة بالثقوب، وأثار اكتشاف نجوم نيوترونية بواسطة جوسلين بيل بورنيل في عام 1967 الاهتمام بالأجسام المدمجة المنهارة بالجاذبية بصفتها حقيقة فيزيائية فلكية ممكنة.
وفي 11 فبراير/شباط 2016، أعلن تحالف مرصد ليغو عن أول اكتشاف مباشر لموجات الجاذبية، واعتبارا من ديسمبر/كانون الأول 2018، عثر على 11 موجة من موجات الجاذبية التي نشأت من اندماج 10 ثقوب سوداء وموجة جاذبية واحدة ناتجة عن اندماج نجم نيوتروني ثنائي.
وفي العاشر من أبريل/نيسان 2019، تم نشر أول صورة على الإطلاق لثقب أسود وما في جواره، وذلك في أعقاب القراءات التي حصل عليها مقراب أفق الحدث عام 2017 والمتعلقة بالثقب الأسود الهائل في مركز المجرة مسييه 87.
أكد روجر بنروز أن تكوين الثقب الأسود تنبؤ قوي للنظرية النسبية العامة
بنروز والثقوب السوداء
يتشارك هؤلاء الفائزون الثلاثة جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام لاكتشافاتهم حول إحدى أكثر الظواهر غرابة في الكون، وهي الثقوب السوداء.
روجر بنروز هو فيزيائي رياضي بريطاني، ويعمل أستاذا بجامعة أكسفورد؛ وهو حائز على مقعد روز بول للرياضيات في جامعة أكسفورد؛ وأظهر بنروز أن النظرية العامة للنسبية تؤدي إلى تكوين الثقوب السوداء.
وفي يناير/كانون الثاني 1965، بعد 10 سنوات من وفاة ألبرت أينشتاين، أثبت روجر بنروز أن الثقوب السوداء يمكن تكوينها ووصفها بالتفصيل، وتخفي الثقوب السوداء في قلبها حالة تفرد تتوقف فيها كل قوانين الطبيعة المعروفة. ولا تزال مقالته الرائدة أهم مساهمة في النظرية النسبية العامة منذ أينشتاين.
واستخدم روجر بنروز أساليب رياضية بارعة في إثبات أن الثقوب السوداء نتيجة مباشرة لنظرية النسبية العامة لأينشتاين، في حين لم يكن أينشتاين نفسه يعتقد أن الثقوب السوداء موجودة بالفعل.
وقالت لجنة الجائزة في بيانها إن “بنروز كشف أن نظرية النسبية العامة تقود بتوقعاتها إلى تكوين الثقب الأسود، إذ استخدم وسائل رياضية مبتكرة لإثبات أن الثقوب السوداء نتيجة مباشر لنظرية أينشتاين، والذي لم يكن يؤمن بوجودها”.
لكن بعد 10 سنوات من وفاته -وفقا لبيان اللجنة- أثبت بنروز أن الثقوب السوداء يمكن أن تتكون بالفعل؛ حتى أن إسهاماته في هذا المجال تعد أهم الإسهامات فيما يتعلق بالنسبية العامة بعد أينشتاين.
منطقة الرامي أ* وبجانبها بقعتان مضيئتان لانفجارين حديثين في مركز مجرة درب التبانة، وتحتوي على ثقب أسود فائق الضخامة (سيرينديبودس–ويكيبيديا)
أبحاث جينزل وغيز
أما راينهارد جينزل وأندريا جيز فقد اكتشفا أن جسما ثقيلا شديد الكثافة وغير مرئي يتحكم في مدارات النجوم في مركز مجرتنا.
حيث يقود كل من راينهارد جينزيل وأندريا جيز مجموعة من علماء الفلك الذين ركزوا منذ أوائل التسعينيات على منطقة تسمى القوس “أ*” (*A) في مركز مجرتنا. فمنذ عام 1995، قام علماء الفلك بتتبع حركات 90 نجما تدور حول جسم غير مرئي يتزامن مع مصدر الراديو الرامي “أ*”.
وتوفر الحركات المناسبة للنجوم القريبة من مركز درب التبانة دليلا قويا على أن هذه النجوم تدور حول ثقب أسود هائل، وتم تعيين مدارات ألمع النجوم الأقرب إلى منتصف مجرة درب التبانة بدقة متزايدة، وتتفق قياسات هاتين المجموعتين مع العثور على جسم ثقيل للغاية وغير مرئي يسحب خليط النجوم، مما يجعلها تندفع بسرعة مذهلة.
وباستخدام أكبر تلسكوبات في العالم، طور جينزل وجيز طرقا للرؤية عبر السحب الضخمة للغبار بين النجوم والغبار في مركز مجرة درب التبانة.
وبتوسيع حدود التكنولوجيا، قاموا بتنقيح تقنيات جديدة للتعويض عن التشوهات التي يسببها الغلاف الجوي للأرض، وبناء أدوات فريدة والتزموا بأبحاث طويلة الأجل، وأعطانا عملهم الرائد الدليل الأكثر إقناعا حتى الآن على وجود ثقب أسود هائل في مركز مجرة درب التبانة.
يقول رئيس لجنة نوبل للفيزياء ديفيد هافيلاند “لقد فتحت اكتشافات الفائزين هذا العام آفاقا جديدة في دراسة الأجسام المدمجة وفائقة الكتلة. لكن هذه الأشياء الغريبة لا تزال تطرح العديد من الأسئلة التي تتطلب إجابات وتحفز البحث في المستقبل”.
وأضاف “لا يقتصر الأمر على الأسئلة حول هيكلها الداخلي فحسب، بل أيضا أسئلة حول كيفية اختبار نظرية الجاذبية لدينا في ظل الظروف القاسية في المنطقة المجاورة مباشرة للثقب الأسود”.
