Physical properties of compact star-like systems harboring traversable wormholes: Effects of chaotic magnetic fields and anisotropic matter

في أعماق نسيج الزمان والمكان، ظل علماء الفيزياء النظرية لفترة طويلة يتأملون في وجود الثقوب الدودية. هذه ليست الأنفاق التي توجد في الحدائق، بل هي اختصارات كونية يمكنها أن تربط بين نقطتين متباعدتين في الكون، أو حتى تربط بين كونين مختلفين تماماً. لعقود من الزمن، ظلت الفكرة مجرد فضول رياضي، وغالباً ما تم استبعادها لأن قوانين الفيزياء كما نعرفها بدت تمنع وجودها. فمن أجل إبقاء الثقب الدودي مفتوحاً، سيحتاج المرء إلى مادة تدفع نحو الخارج بقوة معاكسة للجاذبية، وهو نوع من "المادة الغريبة" التي تنتهك قواعد الطاقة القياسية. وبينما لم يتم العثور على مثل هذه المادة في الطبيعة قط، فإن ضرورتها النظرية دفعت العلماء لطرح سؤال مختلف: هل يمكن للثقب الدودي أن يوجد داخل جسم فيزيائي حقيقي، مثل نجم، دون الحاجة إلى مواد مستحيلة؟ هذا هو التخوم حيث تلتقي النسبية العامة مع الظروف القاسية الموجودة في قلوب النجوم الميتة.

لقد اتخذ فريق من الباحثين خطوة كبيرة في استكشاف هذا الاحتمال من خلال نمذجة نوع جديد من الأجرام الكونية: نظام يشبه النجم المدمج يضم ثقباً دودياً قابلاً للعبور في مركزه. في دراستهم، قاموا ببناء نجم نظري مكون من سائل نيتروني، وهي المادة شديدة الكثافة الموجودة في النجوم النيوترونية، ولكن مع لمسة مختلفة؛ فقد سمحوا للضغط الداخلي بالتصرف بشكل مختلف في اتجاهات مختلفة، وهي ظاهرة تُعرف باسم "تباين الخواص"، كما أدخلوا مجالات مغناطيسية فوضوية تدوّم عشوائياً داخل النجم. ومن خلال الجمع بين هذه السمات الفيزيائية الواقعية وإطار رياضي يدعم وجود ثقب دودي، أنشأوا نموذجاً مستقراً، خالياً من التفردات، وقادراً على العبور دون أن يتم سحقه بواسطة أفق الحدث.

وجد الباحثون أن هذه الأجسام الهجينة قوية للغاية. فخلافاً للعديد من النماذج النظرية التي تنهار أو تتطلب جسيمات "شبحية" غير مستقرة للوجود، تظل نجومهم المدعومة بالثقب الدودي مستقرة حتى تحت تأثير الاضطرابات الشعاعية الشديدة. إن هندسة الفضاء داخل هذه الأجسام سلسة ومنتظمة، مما يعني عدم وجود نقاط مسننة حيث تنهار فيها قوانين الفيزياء. والأهم من ذلك، أن عنق الثقب الدودي —وهو أضيق نقطة في النفق— يظل مفتوحاً وقابلاً للعبور. وهذا صحيح سواء كان النجم ممغنطاً أم لا، وبغض النظر عن كيفية تغير الضغط الداخلي. وتؤكد الدراسة أن وجود ثقب دودي لا يؤدي بالضرورة إلى تدمير النجم؛ بل يمكن للاثنين التعايش في توازن دقيق حيث يتم الحفاظ على الهندسة الغريبة بواسطة المادة نفسها التي يتكون منها النجم.

يتعلق أحد الاكتشافات الأكثر إثارة للاهتمام بالكتلة والحجم لهذه الأجرام. فعندما أدرج الباحثون مجالات مغناطيسية قوية في حساباتهم، أمكن للنجوم الناتجة أن تصبح ضخمة للغاية، بأوزان تتجاوز ثمانية أضعاف كتلة شمسنا. كما وجدوا أن هذه الأجسام يمكن أن تكون مدمجة للغاية، حيث تضغط كمية هائلة من الكتلة في حجم صغير. ولهذه الكثافة القصوى نتيجة مباشرة على كيفية سلوك الضوء وموجات الجاذبية حولها. وقد حسب الفريق "زمن الصدى"، وهو التأخير الذي ستختبره الإشارة إذا سافرت عبر الثقب الدودي وارتدت مرة أخرى. بالنسبة للنجوم غير الممغنطة، يكون هذا الصدى سريعاً للغاية، حيث يستمر لجزء من الميلي ثانية فقط. ومع ذلك، فإن وجود مجال مغناطيسي يغير القصة، إذ يوسع نطاق أزمنة الصدى الممكنة، وفي بعض الحالات، يجعل التأخير أطول قليلاً.

كشفت الدراسة أيضاً عن علاقة غير بديهية بين القوة المغناطيسية وتأخير الإشارة. فمن خلال تحليل نسخة مبسطة من نموذجهم، أظهر الباحثون أنه مع زيادة قوة المجال المغناطيسي، فإن الوقت الذي تستغرقه الإشارة لترتد في الواقع يتناقص. وهذا يشير إلى أن المجالات المغناطيسية الأقوى تضيق هندسة الثقب الدودي، مما يقصر المسار الذي يجب أن تسلكه الإشارة. وبينما تعد هذه الأجسام حالياً كيانات نظرية، فإن التنبؤات المحددة لكتلتها وحجمها وتوقيت أصداء جاذبيتها توفر مجموعة ملموسة من الخصائص التي يمكن لعلماء الفلك البحث عنها. وإذا تم اكتشاف مثل هذا الجسم يوماً ما، فلن يكون مجرد نوع جديد من النجوم؛ بل سيكون أول دليل مباشر على أن الكون يحتوي على ثقوب دودية مستقرة وقابلة للعبور مخبأة داخل البقايا الكثيفة للنجوم الميتة.