لدراسة أحد الظواهر الفلكية الغامضة.. علماء يبتكرون “دوامة كمومية عملاقة” تحاكي الثقب الأسود

في خطوة غير تقليدية، نجح علماء في إنشاء دوامة تشبة الإعصار، أُطلق عليها  "إعصار الكم العملاق" الذي يحاكي خصائص الثقب الأسود، مما قد يمكّن الباحثين من دراسة هذه الظواهر الفلكية الغامضة. ويتكون هذا الإعصار من دوران في سائل هليوم خاص يظهر تأثيرات الكم، ويعمل كنموذج محاكاة.

تعد المناطق المحيطة بالثقوب السوداء، ذات أهمية خاصة للدراسة، حيث يوجد هناك تأثيرات لا يمكن ملاحظتها في أي مكان آخر في الكون. تقول سيلك واينفورتنر، من جامعة نوتنغهام في المملكة المتحدة: "كل الفيزياء المثيرة للاهتمام تحدث حول الثقوب السوداء، ولكن الكثير منها بعيد المنال، لذلك يمكننا استخدام أجهزة المحاكاة الكمومية هذه للتحقيق في الظواهر التي تحدث حول الثقوب السوداء".

ولبناء جهاز محاكاة الكم، استخدمت واينفورتنر وزملاؤها الهيليوم فائق الميوعة، الذي يتدفق بلزوجة منخفضة للغاية - أقل بـ 500 مرة من لزوجة الماء. ولأنه يتحرك دون احتكاك، فإن هذا الشكل من الهيليوم يُظهر تأثيرات كمومية غير عادية، ويُعرف باسم السائل الكمي. وضع الباحثون الهيليوم في خزان به مروحة دوارة في الأسفل. أثناء دوران المروحة، خلقت دوامة تشبه الإعصار في السائل.

يقول باتريك شفانكارا، وهو أيضًا من جامعة نوتنجهام وأحد أعضاء الفريق: "على الرغم من حدوث دوامات مماثلة من قبل في أنظمة فيزيائية أخرى غير الهيليوم فائق الميوعة، إلا أن قوتها عادة ما تكون أضعف بضعفين على الأقل". وتعد قوة الدوامة وحجمها أمرًا حاسمًا لتوليد تفاعلات بين الدوامة وبقية السائل الموجود في الخزان والتي تكون مهمة بدرجة كافية لمراقبتها.

يبلغ قياس الدوامة في هذا العمل عدة ملليمترات، وهي أكبر بكثير من الدوامات المستقرة الأخرى التي تم إنشاؤها في السوائل الكمومية في الماضي. يعتبر إنشاء دوامة بهذا الحجم تحديًا صعبًا بسبب طبيعة السوائل الكمية.

ويقول جيف ستاينهاور، رائد في المحاكاة المعملية للثقوب السوداء: "إنها جولة تجريبية. لقد اتخذوا تقنية كلاسيكية قديمة وراسخة للغاية للهيليوم فائق السيولة، وفعلوا شيئًا جديدًا حقًا بها وزادوا بشكل كبير من القدرات التكنولوجية مقارنة بما تم القيام به في الماضي".

وقد لاحظ الباحثون كيفية تفاعل الموجات الصغيرة في السائل مع الدوامة، وهي عملية تحاكي الطريقة التي تتفاعل بها المجالات الكونية في الفضاء مع الثقوب السوداء الدوارة. لقد وجدوا دلائل على وجود ثقب أسود ثنائي يسمى Ringdown، والذي يحدث بعد اندماج ثقبين أسودين ويهتز الثقب الناتج بسبب الطاقة المتبقية من الاندماج.

والآن بعد أن ثبت أن هذا النوع من الدوامة يعرض سلوكيات مشابهة لتلك الموجودة في الثقوب السوداء، يخطط الباحثون لاستخدام الدوامات الكمومية لدراسة ظواهر أكثر تعقيدًا. تقول واينفورتنر: "يوفر هذا نقطة انطلاق ممتازة لدراسة العديد من العمليات الفيزيائية الخاصة بالثقوب السوداء، مع إمكانية البحث عن رؤى جديدة والكشف عن الكنوز المخفية على طول الطريق".