أنجز سوبراهمانيان تشاندراسيخار وهو في التاسعة عشرة حساب الحد الأقصى لكتلة الأقزام البيضاء في رحلة بحرية من بومباي عام 1930، وشارك في جائزة نوبل للفيزياء عام 1983، ويحمل اسمه مرصد أشعة سينية تابع لناسا

غادر سوبراهمانيان تشاندراسيخار بومباي يوم 31 يوليو 1930 وهو في التاسعة عشرة، بمنحة من حكومة الهند لدراسته في كامبريدج، وأنهى أثناء الرحلة البحرية حسابا وضع حدا أقصى لكتلة النجوم القزمة البيضاء. وهذا السقف هو اليوم حد تشاندراسيخار، ويبلغ نحو 1.4 ضعف كتلة الشمس. ونال تشاندراسيخار نصف جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1983، ويحمل اسمه تكريما له مرصد تشاندرا للأشعة السينية، تلسكوب ناسا الرائد للأشعة السينية الذي أُطلق عام 1999.

طالب من مدراس قرأ زومرفيلد

وُلد عام 1910 في لاهور، التي كانت يومها جزءا من الهند البريطانية، وكان الثالث بين عشرة أبناء والابن الأكبر. وعمل أبوه تشاندراسيخارا سوبراهمانيا أيار في إدارة التدقيق والحسابات الهندية، وترجمت أمه سيتا مسرحية «بيت الدمية» لإبسن إلى التاميلية. واستقرت الأسرة في مدراس عام 1918.

وفي كلية بريزيدنسي، حيث درس منذ 1925، نال شهادة الشرف في الفيزياء في يونيو 1930. ويكتب يوجين باركر، زميله في جامعة شيكاغو، في سيرة الأكاديمية الوطنية للعلوم أن تشاندراسيخار اختار الفيزياء حلا وسطا مع أب أراده في الخدمة المدنية، وأن رامانوجان ألهمه. وفي الوقت نفسه نال عمه سي. في. رامان جائزة نوبل في الفيزياء عام 1930، السنة التي غادر فيها تشاندراسيخار.

وحين ألقى أرنولد زومرفيلد محاضرة في الكلية في خريف 1928، عرف الطالب منه أن إحصاءات الكم الجديدة حلت محل القديمة. وتلت ذلك ورقة عن تشتت كومبتون أرسلها إلى ر. هـ. فاولر في كامبريدج في يناير 1929، فمررها فاولر إلى الجمعية الملكية. ودعا ميغناد ساها المؤلف الشاب إلى الله آباد لمناقشتها، بحسب باركر. وفي أوائل 1930 عرضت حكومة الهند منحة لثلاث سنوات في إنجلترا، فطلب تشاندراسيخار العمل مع فاولر.

الحساب على متن السفينة

بحسب باركر، غادرت السفينة بومباي يوم 31 يوليو 1930 إلى البندقية، وتابع تشاندراسيخار بالقطار ووصل إلى لندن يوم 19 أغسطس. ويسمّي فريمان دايسون السفينة «بيلسنا»، وهي باخرة تابعة لشركة لويد تريستينو.

في عام 1926 استخدم فاولر الإحصاءات الجديدة لتفسير الأقزام البيضاء، وهي بقايا كثيفة خابية لنجوم مثل الشمس، يضم كل منها نحو كتلة شمس في كرة بحجم الأرض. وفي داخلها تنضغط الإلكترونات إلى حد أن قواعد الكم تمنعها من التراص أكثر، وهذه المقاومة هي التي تمسك بالنجم في وجه جاذبيته. وكان فاولر يفترض إلكترونات بطيئة الحركة. فأعاد تشاندراسيخار الحساب وجعل الإلكترونات تخضع للنسبية الخاصة لأينشتاين، لأنها عند هذه الكثافات تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

وهذا يغيّر استجابة الضغط حين ينكمش النجم. ففي تفسير باركر، يتبع الغاز النسبوي أسا قدره 4/3 بينما كان لغاز فاولر 5/3، ومع 4/3 لا ينمو الضغط الذي يسند النجم أسرع من الجاذبية كلما انكمش. وفوق كتلة معينة لا شيء يوقف الانهيار. ويكتب دايسون أن الطالب أنهى الحساب قبل أن يصل إلى إنجلترا ولم يشك في النتيجة.

والملاحظة التي نتجت عن ذلك في Astrophysical Journal مؤرخة من كلية ترينيتي في كامبريدج يوم 12 نوفمبر 1930، ونُشرت في المجلد 74 عام 1931. وفيها أعطى 0.91 من كتلة الشمس حدا أقصى لقزم أبيض مثالي، مستخدما وزنا جزيئيا قدره 2.5 للمادة المتأينة كليا، وقارنه بتقدير أسبق لـ إ. س. ستونر افترض نجما منتظم الكثافة. وتورد مؤسسة نوبل ورقة ثانية، «The highly collapsed configurations of a stellar mass»، في Monthly Notices of the Royal Astronomical Society عام 1931. ويكتب دايسون أن فاولر كان ودودا لكنه غير مقتنع، فأرسل تشاندراسيخار النسخة القصيرة إلى المجلة الأمريكية دون انتظار موافقته.

كامبريدج، يناير 1935

تلا ذلك الدكتوراه في صيف 1933، مع زمالة في كلية ترينيتي من أكتوبر ذاك العام حتى 1937. وبعد شهر في الاتحاد السوفييتي عام 1934، حيث حثه الفلكي فيكتور أمبارتسوميان على حل المسألة حلا دقيقا، بنى حلا عدديا كاملا بآلة حاسبة يدوية وأنهاه بحلول نهاية 1934، بحسب باركر.

وفي اجتماع الجمعية الفلكية الملكية في لندن في يناير 1935 عرضه. وكان إدينغتون، الذي أخذ يمرّ بغرفته طوال الخريف، قد طلب من أمين سر الجمعية أن يعطي الورقة ضعف الوقت المعتاد، وتدبّر أن يتكلم مباشرة بعدها بعنوان «Relativistic degeneracy». ويقول باركر، نقلا عن نعي ويليام ماكري لتشاندراسيخار، إن إدينغتون بدأ بالإقرار بأن الحساب صحيح لغاز إلكترونات نسبوي، ثم جادل بأن النجوم لا تتصرف على هذا النحو وأن النتيجة تبين أن النظرية نفسها خاطئة. وينقل MacTutor قوله إنه ينبغي أن يكون هناك «قانون في الطبيعة يمنع النجم من التصرف على هذا النحو العبثي».

وكان باولي وديراك وغيرهما من فيزيائيي جيل تشاندراسيخار يرون ادعاءات إدينغتون هراء، يكتب باركر. ويضيف MacTutor أن حلقة نيلز بور وباولي وافقوا على ورقات تشاندراسيخار لكنهم امتنعوا عن الانخراط في الجدال وقالوا إنهم مشغولون. وفي اجتماع الاتحاد الفلكي الدولي في باريس في يوليو 1935 تحدث إدينغتون ساعة كاملة في الموضوع. وتذكّر تشاندراسيخار في مقابلة عام 1977 أنه طلب من رئيس الجلسة، هنري نوريس راسل، فرصة للرد، فقيل له لا.

وجاء القبول تدريجيا. ففي عام 1939 قبل ج. روبرت أوبنهايمر وهارتلاند سنايدر أن النجم البارد الذي يتجاوز الحد لا حالة مستقرة له، وحسبا ما تقوله النسبية العامة عما يحدث بعد ذلك: يسقط النجم إلى الداخل بلا نهاية، وهو ما يحدده دايسون ثقبا أسود. وبحسب دليل أرشيف مكتبة جامعة شيكاغو، لم يُقبل الحد قبولا تاما إلا بعد أكثر من 20 سنة على المعارضة التي لقيها. وعرض تشاندراسيخار نظريته في كتاب عام 1939 وانتقل إلى موضوعات أخرى. وفي إحدى مقابلاته الأخيرة، تفيد مجلة جامعة شيكاغو، قال إن الشهرة المبكرة التي جاءت من ثناء إدينغتون كان يمكن أن تكلفه الدافع إلى مواصلة العمل العلمي.

شيكاغو، وسبعة ميادين تباعا

وفي زيارة إلى هارفارد في أوائل 1936 عرض عليه أوتو ستروف ورئيس جامعة شيكاغو روبرت مينارد هتشنز منصبا. فانضم إلى هيئة التدريس في يناير 1937. وكان قد تزوج في سبتمبر 1936 في الهند لاليثا دورايسوامي، زميلة دراسة في كلية بريزيدنسي. وصار الزوجان مواطنين أمريكيين عام 1953.

وتتألف مسيرته في سيرة مؤسسة نوبل من سبع مراحل، تنتهي كل منها بكتاب: بنية النجوم ومنها الأقزام البيضاء (1929 إلى 1939)، وديناميكا النجوم (1938 إلى 1943)، والانتقال الإشعاعي (1943 إلى 1950)، والاستقرار الهيدروديناميكي والهيدرومغناطيسي (1952 إلى 1961)، وأشكال التوازن الإهليلجية (1961 إلى 1968)، والنسبية العامة (1962 إلى 1971)، والنظرية الرياضية للثقوب السوداء (1974 إلى 1983). ومن 1952 إلى 1971 حرّر Astrophysical Journal، وأشرف على 46 طالب دكتوراه على الأقل.

وتظهر في سيرة باركر واقعة من عام 1938. فقد نقض عميد العلوم الفيزيائية مشاركة تشاندراسيخار في مقرر فلك بالحرم الجامعي، على ما يبدو بسبب لون بشرته. فألغى هتشنز قراره: «لتكلفوا السيد تشاندراسيخار بالتدريس بكل تأكيد.»

جائزة نوبل 1983

أعلنت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم جائزة الفيزياء لعام 1983 يوم 19 أكتوبر 1983. ونال تشاندراسيخار نصفها «لدراساته النظرية للعمليات الفيزيائية المهمة لبنية النجوم وتطورها». ونال النصف الآخر وليام أ. فاولر من كالتك، وهو فيزيائي غير ر. هـ. فاولر مشرف تشاندراسيخار في كامبريدج، عن عمله في التفاعلات النووية التي تكوّن العناصر الكيميائية. ويصف بيان الأكاديمية دراسته لبنية القزم الأبيض، التي أنجزها في العشرينات من عمره، بأنها ربما أشهر إنجازاته.

وتلتها محاضرة نوبل يوم 8 ديسمبر 1983. ويلاحظ باركر أن الجائزة كرّمت عملا أُنجز قبل خمسين عاما، وأن أعمال تشاندراسيخار اللاحقة في الانتقال الإشعاعي وديناميكا النجوم والبلازما واستقرار الموائع والجاذبية شكلت معا إسهاما أكبر من حد الكتلة.

ومن تكريماته الأخرى انتخابه في الجمعية الملكية عام 1944، وميدالية بروس عام 1952، وميدالية الجمعية الفلكية الملكية الذهبية عام 1953، والميدالية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة. ويدرج دليل أرشيف مكتبة جامعة شيكاغو بين تكريماته بادما فيبهوشان الهندية، وتحصي مجلة جامعة شيكاغو 20 درجة فخرية وعضوية 21 جمعية علمية. وصدر آخر كتبه، Newton’s Principia for the Common Reader، عام 1995. وتوفي تشاندراسيخار في شيكاغو يوم 21 أغسطس 1995.

ما يفسره الحد اليوم

أشار تشاندراسيخار في محاضرة نوبل إلى أن النجوم النابضة التي لها تقديرات موثوقة للكتلة قريبة باستمرار من 1.4 كتلة شمسية. ويظهر الرقم نفسه في النجوم المنفجرة المسماة مستعرات عظمى من النوع Ia، التي يصفها مركز HEASARC التابع لناسا بأنها موت قزم أبيض دُفع فوق الحد. وهذا يجعلها شموعا معيارية موثوقة، أي مصابيح معلومة السطوع يُقدَّر بها البعد.

وفي عام 2011 ذهبت جائزة نوبل في الفيزياء إلى سول بيرلموتر وبراين شميت وآدم ريس لاكتشافهم من مستعرات عظمى بعيدة أن توسع الكون يتسارع، وتقول مؤسسة نوبل إن الفريقين استخدما مستعرات النوع Ia. ووجد تحليل لعام 2014، وصفه مختبر لورنس بيركلي الوطني، أن معظم هذه الأقزام البيضاء تقع قرب الحد أو دونه قليلا، وأن نحو واحد في المئة منها فوقه، ولذلك لا يزال العلماء يعملون على معرفة كيف يصل كل منها إلى الانفجار.

أما الثقوب السوداء، موضوع كتابه The Mathematical Theory of Black Holes عام 1983، فتُرصد اليوم وتُصوَّر. وتشير مجلة جامعة شيكاغو إلى رصد LIGO لموجات الجاذبية عام 2015 (كيف تسمع الكواشف الاصطدامات) وإلى الصور التي نشرها تلسكوب أفق الحدث (أول صورة لثقب أسود).

تلسكوب اسمه تشاندرا

في 21 ديسمبر 1998 أعادت ناسا تسمية مرفقها المتقدم للفيزياء الفلكية بالأشعة السينية ليصبح مرصد تشاندرا للأشعة السينية. وجاء الاسم من مسابقة عامة شارك فيها أكثر من 6,000 مشارك من 50 ولاية أمريكية و61 بلدا. ويقول بيان ناسا إنه كان معروفا للعالم باسم تشاندرا، ويورد معنى الكلمة بالسنسكريتية، «القمر» أو «المضيء». وقال مارتن ريس، الفلكي الملكي في بريطانيا، إن تشاندراسيخار «ربما فكر في كوننا مدة أطول وأعمق من أي شخص منذ أينشتاين».

وحمل مكوك الفضاء كولومبيا المرصد إلى مداره يوم 23 يوليو 1999. وتركّز أربع مرايا متداخلة الأشعة السينية على كواشف في نهاية منضدة بصرية طولها 9.2 متر، ويبلغ مداره بعدا يصل إلى 139,000 كيلومتر عن الأرض، فوق الغلاف الجوي الذي يحجب الأشعة السينية. وتُدار العمليات من مرصد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج بولاية ماساتشوستس.

حيث تختلف المصادر والمؤرخون

تاريخ الميلاد أولا: تعطي مؤسسة نوبل ومكتبة جامعة شيكاغو 19 أكتوبر 1910، وتقول سيرة باركر 13 أكتوبر.

وما يتكون منه النجم يحدد قيمة الحد. فقد أعطت ورقة 1931 الرقم 0.91 كتلة شمسية على وزن جزيئي قدره 2.5. ويقول MacTutor إنه بعد تعديل الوزن إلى 2.0 صار الرقم 1.44. ويعطي دايسون نحو 1.5 للنجوم التي أحرقت كل هيدروجينها، وتستخدم محاضرة نوبل وناسا كلتاهما نحو 1.4.

ويقرأ المؤرخون كذلك ما بعد 1935 قراءات مختلفة. فآرثر ميلر، في كتابه لعام 2005 Empire of the Stars، يرى أن تشاندراسيخار لم يتعافَ قط من ذلك اللقاء. أما كامشوار والي، صاحب السيرة الصادرة عام 1991، فرد في Physics Today عام 2006 بأن رواية ميلر لما حدث مبالغ فيها وغير دقيقة، وبأن تشاندراسيخار لم يضطر إلى النضال للاعتراف بصحة فيزيائه. وفي العدد نفسه اقتبس د. ك. ف. مالك من معهد الفيزياء الفلكية الهندي رسالة كتبها تشاندراسيخار يوم 20 مارس 1935، بعد شهرين من الاجتماع، قال فيها إنه في كامبريدج وجد لعمله «أقصى التعاطف والتشجيع».

وتقول نشرة ناسا لعام 1998 إن تشاندراسيخار وزوجته هاجرا إلى الولايات المتحدة عام 1935. أما باركر ومؤسسة نوبل فيضعان وصولهما إلى شيكاغو في نهاية 1936 أو في يناير 1937.