نجم يتمزّق

كيف يمزّق ثقب أسود نجمًا يقترب منه أكثر مما ينبغي، ويضيء قلب مجرة

خطوة بخطوة

نجم يقترب

في مركز كل مجرة كبيرة تقريبًا ثقب أسود عملاق. ثقب درب التبانة، القوس A*، كتلته أربعة ملايين ضعف كتلة الشمس؛ أما هذا فكتلته مليون، وهي كتلة نموذجية للثقوب التي رُصدت وهي تمزّق النجوم. تحتشد النجوم حول هذه الثقوب في مدارات خاصة بها، ومن حين لآخر يمرّ نجمان قريبين جدًا أحدهما من الآخر فيُقذف أحدهما في مسار يهوي مباشرة نحو الثقب.

الثقب نفسه صغير قياسًا بكتلته. فأفق الحدث، أي السطح الذي لا يخرج من داخله حتى الضوء، أعرض من الشمس بنحو أربع مرات. وجاذبيته تحني ضوء النجوم التي خلفه، ولهذا تبدو السماء مشوّهة حول ظلّه الأسود.

الحلقة المتقطعة هي نصف قطر المدّ. خارجها تُبقي جاذبية النجم نفسه النجمَ متماسكًا. أما داخلها فلا شيء يستطيع ذلك.

مشدود

يجذب الثقب جانب النجم القريب منه بقوة أكبر من جانبه البعيد. وقرب نصف قطر المدّ يصبح هذا الفرق، أي قوة المدّ، بقوة جاذبية النجم نفسه، فيُشدّ النجم طولًا.

المدّ ليس خاصًا بالثقوب السوداء. فالقمر يرفع المدّ في محيطات الأرض لأنه يجذب جانب الأرض المواجه له بقوة أكبر. أما هنا فالجذب يتغيّر مع المسافة بحدّة شديدة حتى إن الفرق عبر عرض نجم يفوق جاذبية النجم نفسه.

يسمّي علماء الفلك هذا «السبغتة»، لأن كل ما يسقط يُشدّ طويلًا ورفيعًا كخيوط السباغيتي. وفي حالة ثقب أسود كتلته مليون شمس، يبلغ نجم يشبه الشمس هذه النقطة على بعد نحو 70 مليون كم منه: نصف المسافة بين الأرض والشمس، وما يزال بعيدًا جدًا عن الأفق.

يحدث ذلك بسرعة. فالنجم المندفع بعشرات آلاف الكيلومترات في الثانية لا يحتاج إلا إلى نحو 18 دقيقة لينتقل من نصف قطر المدّ إلى أقرب نقطة يبلغها.

تمزّق

لا شيء ينفجر. النجم ببساطة يكفّ عن أن يكون شيئًا واحدًا: يحتفظ غازه بالسرعة التي كانت لديه، لكن كل جزء منه على مسافة مختلفة قليلًا من الثقب، فيسلك كل جزء مدارًا مختلفًا قليلًا. وبعد أن ينضغط مسطّحًا أثناء مروره ثم يُشدّ، يصبح النجم تيارًا طويلًا رفيعًا.

الجانب الذي كان أقرب إلى الثقب يتحرك أبطأ قليلًا من أن يفلت، فيصبح مرتبطًا به. أما الجانب البعيد فيتحرك أسرع قليلًا، ولن يعود أبدًا. وهذا الفرق الصغير يحسم كل ما يأتي بعد ذلك.

تُظهر المحاكاة الحاسوبية أن النجم كله يتفكّك في غضون ساعات قليلة.

نهر من الغاز

في غضون أيام يصبح التيار أطول من المسافة بين الأرض والشمس. نصفه المرتبط، الأقرب إلى الثقب، يتباطأ وسيسقط عائدًا؛ أما النصف الآخر فيبتعد إلى الأبد.

يبقى التيار رفيعًا لأن جاذبيته الذاتية تمسكه من الجانبين، حتى وهو يمتد إلى آلاف أضعاف طول النجم. ويبرد غازه وهو ينتشر، لذا يكون التيار الحقيقي خافتًا. لا تستطيع التلسكوبات رؤيته، لكن المحاكاة تتتبّعه عن كثب.

يتحدد انقسام الغاز بالطاقة التي حملها كل جزء: كلما كان أقرب إلى الثقب داخل النجم كان ارتباطه أوثق. والغاز الأوثق ارتباطًا يسلك مدارًا يحمله إلى نحو 46 ضعف المسافة بين الأرض والشمس قبل أن يستدير عائدًا.

الحلقة المتقطعة هي مدار الأرض، مرسومة بالمقياس نفسه.

النصف يطير بعيدًا

يحمل الغاز الهارب نصف كتلة النجم إلى المجرة. وبسرعة آلاف الكيلومترات في الثانية سيهيم بين النجوم ملايين السنين: قوس رفيع من الغاز كان يومًا شمسًا.

يسلك الغاز المرتبط مدارات طويلة ضيقة حول الثقب، كالمذنبات حول الشمس. والغاز الذي كان الأقرب إلى الثقب له أقصر مدار فيعود أولًا؛ ويتبعه الباقي على مدى أشهر وسنوات، وفي كل مرة كمية أقل.

الحلقة المتقطعة هي مدار نبتون بالمقياس نفسه. وسرعان ما يمتد التيار أبعد بكثير من حجم نظامنا الكوكبي كله.

العودة

في جاذبية نيوتن ينغلق المدار على نفسه. أما قرب الثقب الأسود فلا: تجعل نظرية أينشتاين كل مدار يدور أبعد قليلًا، كما يفعل مدار عطارد حول الشمس، إلا أنه هنا نحو 23 درجة في كل دورة بدلًا من قيد شعرة.

وهكذا فإن الغاز الذي التفّ للتوّ حول الثقب ينطلق خارجًا من جديد على خط مختلف قليلًا ويصطدم بالتيار الذي ما يزال يسقط، على بعد نحو 16 ضعف المسافة بين الأرض والشمس. يسخّن الاصطدام الغاز ويسلبه سرعته، فيستقر شيئًا فشيئًا في قرص حار دوّار حول الثقب.

ما يزال العلماء يدرسون كيف يتحول الغاز العائد إلى قرص بالضبط، مستعينين ببعض من أضخم عمليات المحاكاة في علم الفلك.

التوهّج

تلتقط التلسكوبات هذه التوهّجات على هيئة سطوع مفاجئ في المركز تمامًا لمجرة كانت هادئة. ويُعدّ AT2019qiz، الذي اكتُشف عام 2019 في مجرة تبعد 215 مليون سنة ضوئية، أقربها حتى الآن؛ وسطوع التوهّج وحرارته هنا هما القيمتان المقيستان، أما توقيته فمن أبسط نموذج.

يأتي ضوؤه المرئي من سحابة غاز حار حول الثقب، أعرض من مدار الأرض بعشرات المرات، قذفها التوهّج إلى الخارج وأضاءها من الداخل. أما القرص نفسه، في الداخل، فيسطع في الغالب بالأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.

قرب الثقب تحني جاذبيته ضوء القرص، فيظهر الجانب البعيد من القرص فوق الظل الأسود وتحته.

الخفوت

يعود كل يوم غاز أقل، فيخفت التوهّج كما يبيّن الرسم. وفي غضون سنوات قليلة يكاد يختفي، ويعود الثقب الأسود إلى الهدوء.

يقلّ الغاز العائد بطريقة تنتج عن كيفية توزّع طاقة التيار: فالمعدل يهبط كالزمن مرفوعًا إلى أس سالب خمسة أثلاث. ويخفت ضوء كثير من التوهّجات بهذه الطريقة بالضبط، وهي من أوضح العلامات على أنها فعلًا نجوم تتمزّق.

يسقط نحو نصف النجم عائدًا. يُبتلع جزء منه، ويُنفخ كثير منه بعيدًا من جديد بفعل الحرارة. ويكسب الثقب جزءًا من كتلة شمس: تغيير لا يكاد يُذكر لجسم أثقل بمليون مرة.

في مجرة مثل مجرتنا يحدث هذا مرة كل 10000 إلى 100000 سنة تقريبًا. ومع كثرة المجرات التي تُرصد، تعثر تلسكوبات المسح الآن على العشرات كل عام، ويُتوقع أن يعثر مرصد فيرا سي. روبين في تشيلي على الآلاف.