ماذا لو أصبحت الشمس ثقبًا أسود؟

الشمس مضغوطة في ثقب أسود عرضه 6 كم: تبقى الكواكب في مداراتها، لكن الضوء والحرارة يختفيان

فرضية: تسمح بها الفيزياء على الورق، لكن لم يرها أحد قط. كل ما يُعرض يتبع النظرية كما هي اليوم.

خطوة بخطوة

الجذب نفسه

بيّن نيوتن عام 1687 أن جذب الجسم الكروي خارجه هو نفسه كما لو كانت كل كتلته مجتمعة في مركزه: مبرهنة القشرة. وجاذبية أينشتاين توافق على ذلك بمبرهنة بيركهوف عام 1923: خارج كتلة كروية يكون للفضاء الشكل نفسه أيًّا كان ما تفعله الكتلة في داخلها. لذا فإن ثقبًا أسود بكتلة شمس واحدة سيجذب الأرض تمامًا كما تجذبها الشمس الآن.

لن يتغير إلا أمران: لن يكون هناك ضوء شمس، ولا حرارة من الشمس. وبقية هذه القصة هي ما يعنيه ذلك، محسوبًا بأرقام مقيسة. لم يحدث شيء كهذا قط، ولا يمكن أن يحدث لشمسنا.

كيف يمكن صنعه

لا تستطيع الطبيعة أن تفعل هذا بالشمس. تولد الثقوب السوداء حين ينفد وقود نجم تزيد كتلته على نحو 20 شمسًا وينهار لبّه على نفسه. ويجب أن يزن ما يتبقى أكثر من نحو 2.3 شمس، وإلا توقف عند نجم نيوتروني: أثقل نجم نيوتروني معروف، PSR J0952−0607، كتلته 2.35 شمس (روماني وآخرون، 2022).

لذا فهذه تجربة فكرية: تُستبدل الشمس ببساطة بثقب أسود له الكتلة نفسها. ولو ضُغطت فعلًا لانطلقت طاقة تفوق بمئات المرات ما تشعه الشمس طوال حياتها؛ وهذا متروك هنا. وتُظهر الصورة الانكماش بمقياس متغيّر.

ثماني دقائق من ضوء الشمس

هل ستشعر الأرض بتغيّر في الجذب أسرع؟ التغيرات في الجاذبية تنتقل أيضًا بسرعة الضوء: ففي عام 2017 وصلت موجات الجاذبية من اصطدام النجمين النيوترونيين GW170817 في غضون ثانيتين من ضوئه، بعد رحلة دامت 130 مليون سنة. لكن هنا لا يوجد تغيّر يُرسَل: فالثقب يجذب تمامًا كما كانت الشمس تجذب.

لا يلمع القمر والكواكب إلا بضوء الشمس، لذا ستنطفئ هي أيضًا، كلٌّ منها حين يصلنا آخر ضوء انعكس عنه: القمر في غضون ثلاث ثوانٍ بعد الشمس، والمشتري بعد أكثر من ساعة، ونبتون بعد نحو 8 ساعات.

سماء سوداء

دون ضوء شمس يتشتت، لا يعود الهواء يتوهج بالأزرق، فتصير سماء النهار سوداء كسماء الليل. وسيختفي القمر، فلا يُعرف إلا حيث يحجب النجوم. والثقب أصغر بكثير من أن يظهر في الصورة، لذا عُلِّم مكانه.

البرد

وتُحسب سرعة الوصول إلى ذلك بنموذج بسيط: صخر ينقل الحرارة من الأسفل، وهواء فوقه يُخرج الحرارة إلى الفضاء. ويضعف أثر الدفيئة كلما جمّد البرد بخار الماء، ثم ثاني أكسيد الكربون، وأخرجهما من الهواء. أما الرياح الحاملة للدفء من البحر، التي كانت ستبطئ تبريد اليابسة في البداية، فمتروكة.

البحر يتجمد

لذا لن يتجمد البحر كليًا في عام ولا في قرن: تحت غطاء من الجليد سيبقى الماء السائل عشرات آلاف السنين. ودرجات الحرارة وسمك الجليد هي من هذا النموذج، وقد يعطي نموذج أشمل قيمًا مختلفة بعض الشيء.

الحياة في الظلام

الحياة على السطح، التي تعيش على غذاء تصنعه النباتات من ضوء الشمس، ستنقرض في غضون أشهر. لكن بعض الحياة لم تحتج إلى الشمس قط: فهي تتغذى على مواد كيميائية من الصخر، في قاع البحر وفي أعماق الأرض.

في عام 1977 عثرت الغواصة Alvin على ينابيع حارة في قاع المحيط الهادئ قرب جزر غالاباغوس، تعجّ بديدان أنبوبية عملاقة ومحار وسرطانات. وهي تعيش على ميكروبات تستمد طاقتها من كبريتيد الهيدروجين في الماء الصاعد من الصخر، لا من الضوء.

وكثير من هذه الميكروبات، والحيوانات أيضًا، ما زالت تتنفس أكسجينًا صنعته النباتات في ضوء الشمس وذاب في البحر. ودون الشمس لن يُصنع المزيد منه، لذا ستنقرض الحيوانات الأكبر حول الينابيع مع نفاده. أما الميكروبات التي لا تحتاج إلى الأكسجين فستواصل العيش.

وفي عمق أكبر، عُثر عام 2008 على بكتيريا، Desulforudis audaxviator، تعيش وحدها على عمق 2.8 كم في منجم ذهب بجنوب أفريقيا، وتتغذى على ماء فكّكه النشاط الإشعاعي للصخر (تشيفيان وآخرون). ويمكن لحياة كهذه أن تستمر في الظلام ملايين السنين.

عن قرب

الثقوب السوداء التي صوّرها Event Horizon Telescope، وهي M87* عام 2019 وSagittarius A* عام 2022، تُظهر حلقة من الضوء لأن الغاز يسقط فيها ويسخن. أما حول ثقب الشمس فسيكون الفضاء شبه فارغ، فلن يكون له توهج: ولن يُرى إلا من خلال انحناء السماء حوله.

انحناء ضوء النجوم في الصورة يتبع النسبية العامة، شعاعًا بشعاع. أما النجوم نفسها فمرسومة، والسماء أسطع مما ستبدو عليه، كأنها لعينين اعتادتا الظلام طويلًا.

التمدد

وعلى مسافة أقرب، سيشدّ الجسم إلى خيط طويل رفيع، وهو ما يسميه الفلكيون «تأثير السباغيتي»، قبل أن يبلغ الأفق بكثير. وحيث كان سطح الشمس، على بعد 696,000 كم، يكون التمدد أقل من جزء من مليون من جاذبية الأرض: فالمدّ يتوقف على مدى قربك، لا على صغر الثقب.

الثقوب الكبيرة ألطف عند حافتها. فعند أفق Sagittarius A*، الأثقل بأربعة ملايين مرة، يكون التمدد على الإنسان أقل بكثير من جاذبية الأرض، ويمكنك عبوره دون أن تشعر بشيء. وتُعلّم الحلقات في الصورة حيث يساوي التمدد جاذبية الأرض وعشرة أضعافها.

ما سيحدث حقًا

لا يصير النجم ثقبًا أسود إلا إذا وُلد بكتلة تزيد على نحو 20 ضعف كتلة الشمس. أما الشمس فسينفد الهيدروجين في لبّها، فتنتفخ إلى نحو 200 ضعف عرضها وتنفث طبقاتها الخارجية. وسيبقى لبّها الحار قزمًا أبيض بحجم الأرض تقريبًا، يبرد ببطء على مدى تريليونات السنين.

ستظل الأرض تدور حولها، إن لم يبتلعها العملاق الأحمر أولًا، وستحوي سماء الليل نجمًا أبيض صغيرًا خافتًا بدل الشمس. ومحاكاة «موت الشمس» في قسم ظواهر تُظهر كيف ستنتهي حقًا.

أقرب ثقب أسود معروف، Gaia BH1، يبعد 1,560 سنة ضوئية (البدري وآخرون، 2023). وهو أثقل من الشمس بعشر مرات، ويدور حوله نجم شبيه بالشمس، كما ستدور الأرض حول شمس صارت ثقبًا أسود.