چند واقعیت جالب که باید درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها بدانیم!

نمایی خیالی از افق رویداد سیاه‌چاله

نمایی خیالی از افق رویداد سیاه‌چاله

داستانی که معمولاً از شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها خوانده‌ایم یا شنیده‌ایم از این قرار است که وقتی ستاره‌ای که جرم‌اش چندین برابر جرم خورشید است می‌میرد در انتهای فرایند مرگ خود تبدیل به سیاه‌چاله می‌شود. اما این همه‌ی داستان نیست و همه‌ی سیاه‌چاله‌ها هم به این شکل پدید نمی‌آیند.

سیاه‌چاله‌ها چگال‌ترین اجرام عالم‌اند؛ به این معنی که جرم عظیمی در حجم نسبی کم قرار گرفته که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد به عبارت دیگر سرعت فرار سیاه‌چاله‌ها از سرعت نور ۳۰۰٬۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه هم بیشتر است. به همین علت است که لقب سیاه‌چاله را برای این اجرام ملتهب انتخاب کرده‌اند. برای مقایسه سرعت فرار برای زمین نزدیک به ۱۱ کیلومتر بر ثانیه است؛ به این معنی که اگر جسمی بخواهد از زمین خارج شود و روی آن سقوط نکند سرعت‌اش حداقل باید ۱۱ کیلومتر بر ثانیه باشند. در شعاعی موسوم به شعاع شوارتزشیلد سرعت فرار برابر با سرعت نور خواهد بود. این شعاع برای هر جسم با هر جرم محاسبه‌پذیر است. مثلاً اگر بخواهیم که سرعت فرار زمین برابر با سرعت نور شود، شعاع زمین با همین جرم فعلی٬ باید به ۹ میلی‌متر کاهش پیدا کند.bh

برای سیاه‌چاله‌های بزرگ٬ این شعاع به میلیون‌ها کیلومتر می‌رسد! در ساختارشناسی سیاه‌چاله‌ها سطح کره‌ای که شعاع آن برابر با شعاع شوارتزشیلد باشد را «افق رویداد»می‌گویند. به این ترتیب تا زمانی که ما بیرون از این کره باشیم به هیچ نشانه‌ای از آن‌که چه اتفاقی داخل آن می‌افتد دست پیدا نخواهیم کرد. می‌توان فرض کرد که سطح این کره همان سطح سیاه‌چاله ‌باشد٬ با این وجود مرکز این کره مرکز سیاه‌چاله خواهد بود که به آن تکینگی می‌گویند؛ جایی که قوانین حال حاضر فیزیک با آن تطابق نمی‌کند.

 اما این اجرام چگونه به وجود آمده‌اند؟ پاسخ این پرسش دشوار است زیرا همچنان تحقیقات روی سیاه‌چاله‌ها ادامه دارد و نمی‌توان به طور قطعی پاسخ داد. با وجود رصدهای فراوانی که انجام‌شده و کشف تعداد گوناگونی سیاه‌چاله‌ها مختلف٬ دسته‌بندی‌های متفاوتی هم ارائه شده است. این نوع دسته‌بندی بر اساس هدف مطالعاتی دانشمندان صورت می‌پذیرد. با این همه سه دسته‌ی مرسوم سیاه‌چاله عبارت‌اند از سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای٬ اَبَرپرجرم و مینیاتوری(ریزسیاه‌چاله).

سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای سیاه‌چاله‌هایی هستند که بر اثر مرگ ستاره‌ای پرجرم با حداقل جرم ۹ خورشید طی فرایند ابرنواختری پدید می‌آیند. درون یک ستاره٬ نیروی گرانش سبب می‌شود تا همه چیز نزدیک به یکدیگر به سوی مرکز ستاره‌ کشیده شود از طرف دیگر هم در هسته‌ی ستاره واکنش‌های هسته‌ای در حال رخ‌ دادن است و دائماً انرژی آزاد می‌شود و به این ترتیب بخش‌های درونی ستاره داغ می‌شوند. فشاری که گازهای داغ ایجاد می‌کند باعث سوق دادن اجزای ستاره به سوی بیرون است. به این ترتیب در حالت عادی ٬‌این تعادل همواره بر قرار است. اما وقتی که سوخت هسته‌ای ستاره تمام می‌شود حالت ستاره ناپیدار خواهد شد و به این ترتیب گرانش دست بالا را خواهد گرفت. لایه‌های بیروی ستاره‌، طی فرایند ابرنواختری منفجر می‌شوند و بخش مرکزی ستاره‌ روی خود فرو می‌ریزد و اصطلاحاً می‌رمبد. اگر هسته‌ی مرکزی به اندازه‌ی کافی پرجرم باشد (۹ برابر جرم خورشید) این رمبش قطعاً‌ اتفاق می‌افتد. و سرانجام سیاه‌چاله به وجود می‌آید.

blackhole

سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم داستانی متفاوت دارند. جرم آن‌ها از ده‌ها میلیون تا ده‌ها میلیارد برابر جرم سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای متغیر است. این نوع سیاه‌چاله معمولا‌‌ً در مرکز کهشکان‌های بزرگ قرار دارند. کهکشان راه‌شیری خودمان نیز یکی از همین سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم را در دل خود دارد که از دید ناظر زمینی در صورت‌فلکی قوس قرار دارد که نام آن «قوس A» یا (Sagittarius A) است. با وجود این‌که تا امروز تعداد بسیاری سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم کشف شده اما هنوز درباره‌ی چرایی شکل‌گیری آن‌ها اطلاعاتی در دست نیست. بر اساس برخی گفته‌ها این نوع سیاه‌چاله‌ها ممکن است محصول رمبش ابرهای گازی پرجرم باشد که در اوایل عالم هم‌زمان با شکل‌گیری کهکشان‌ها پدید آمده‌اند. قول دیگر آن است که سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای ممکن است بر اثر تغذیه‌ی بسیار ستاره‌های اطراف و گازهای دیگر رشد کنند و طی میلیون‌ها سال تبدیل به یک ابرسیاه‌چاله شوند. بر اساس نظریه‌ی دیگر سیاه‌چاله‌های ابرپرجرم احتمالا از گردهمایی چند سیاه‌چاله‌ی ستاره‌ای به‌وجود آمده‌اند که طی سال‌های طولانی با یکدیگر برخورد کرده‌اند و سیاه‌چاله‌ا‌ی با جرم میلیون‌ها برابر جرم خورشید ایجاد کرده‌اند. با این همه همچنان نظریه‌ی قطعی درباره‌ی شکل‌گیری این سیاه‌چاله‌ها در دست نیست.

نمایی خیالی از سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم قوس A

نمایی خیالی از سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم قوس A

گروهی دیگر از سیاه‌چاله‌ها٬ «سیاه‌چاله‌های مینیاتوری» یا «ریزسیاه‌چاله‌ها» هستند که موردی از آن‌ها تاکنون آشکار نشده است و صرفاً به صورت نظری پیش‌بینی شده‌اند. ریزسیاه‌چاله‌ها، آن‌هایی هستند که افق رویدادشان به کوچکی قطر یک اتم است و احتمال دارد که در هنگام مهبانگ ایجاد شده باشند. اما برخلاف حجم کم‌شان گفته می‌شود که جرم آن‌ها ممکن است به‌اندازه‌ی جرم کوه اِوِرِست باشد. گفته می‌شود بین ۱۰ تا ۲۰ میلیارد سال پیش همه‌ی مواد و انرژی‌ها در یک نقطه متراکم شده بود. سپس این نقطه‌ی کوچک منفجر شد (مهبانگ) و به‌سرعت منبسط شد. ممکن است در این فرآیند بعضی بخش‌ها از نقاط دیگر سریع‌تر منبسط شده باشند و بر اثر آن برخی از مواد متراکم و فشرده شده‌اند و ریزسیاه‌چاله‌ها را پدید آورده‌اند.

مطالعه درباره‌ی این اجرام سرکش و پنهان عالم کار بسیار دشواری است. زیرا اطلاعات کمی از آن‌ها می‌توان به‌دست آورد. با این وجود هر سال چند مقاله درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها منتشر می‌شود که هرازگاهی خبرساز هم می‌شوند. یکی از این مجموعه مقالات مربوط به استیون هاوکینگ٬ دانشمند صاحب‌نام بریتانیایی است که اخیراً منتشر کرده است. طبق آن‌چه این مقاله می‌گوید یکی از اساسی‌ترین بخش‌های سیاه‌چاله یعنی افق رویداد حذف شده است؛ استیون هاوکینگ معتقد است که برای مدتی نور در افق رویداد به دام می‌افتد و به‌تدریج از آن خارج می‌شود و آن را «افق ظاهری» می‌نامد. با این تفسیر دیگر مفهوم سیاه‌چاله بر مبنای این‌که نور و اطلاعاتی از آن خارج نمی‌شود بی‌اعتبار خواهد شد. اما این نظریه اقبال عمومی دانشمندان را با خود به همراه نداشته است و به همین علت چندان اتکاپذیر نیست.

چند واقعیت مختصر درباره‌ی سیا‌ه‌چاله‌ها:

در سال 1376/1997 دوباره، هاوکینگ (راست)، کیپ تورن (میانه) و جان پرسکیل (چپ) شرط بستند که آیا سیاه‌چاله‌ها منبعی از اطلاعات و داده‌ها هستند یا خیر. پاسخ تورن بود ولی پاسخ هاوکینگ و پرسکیل منفی بود.

در سال ۱۳۷۶/۱۹۹۷ دوباره، هاوکینگ (راست)، کیپ تورن (میانه) و جان پرسکیل (چپ) شرط بستند که آیا سیاه‌چاله‌ها منبعی از اطلاعات و داده‌ها هستند یا خیر. پاسخ تورن بود ولی پاسخ هاوکینگ و پرسکیل منفی بود.

– بر اساس برخی نظریه‌ها اگر شما داخل یک سیاه‌چاله بیفتید گرانش بسیار زیاد شما را آن‌قدر می‌کشد که شبیه به اسپاگتی شوید. بنابراین پیش از این‌که به تکینگی برسید، خواهید مرد. اما بر اساس مقاله‌ای که در سال ۱۳۹۱/۲۰۱۲ در مجله‌ی نیچر (Nature) منتشر شد حتی ممکن است زودتر از آن از بین بروید. بر اساس این مقاله، تأثیرات کوانتومی موجب می‌شود تا افق رویداد نقش یک دیوار آتش را بازی کند به‌طوری‌که هرچیزی در برخورد با آن خواهد سوخت.

– سیاه‌چاله‌ها نمی‌مکند. مکش به‌علت نوعی کشش اتفاقی می‌افتد که اجسام را به خلاء می‌برد. درصورتی‌که سیاه‌چاله‌های پرجرم قطعاً این‌گونه نیستند. به جای آن٬ اجسام درون آن‌ها سقوط می‌کنند.

– سیاه‌چاله‌ها زمانی خطرناک می‌شوند که بیش از حد به آن‌ها نزدیک شوید. با سیاه‌چاله‌ها باید شبیه به موجودی وحشی رفتار کرد و فقط آن‌ها را داخل قفس گذاشت و از دور تماشایشان کرد. مادامی‌ که شما از افق رویداد دور باشید مشکلی پیش نخواهد آمد. اما به محضی که از این مرز رد شوید دیگر برگشتی در کار نخواهد بود. این خود می‌تواند توجیهی باشد برای این‌که چرا سیاه‌چاله‌ها تمام عالم را نمی‌بلعند.

– نخستین جرمی که به عنوان سیاه‌چاله مد نظر گرفته شد، سیگنوس ایکس۱ ( قو- ایکس۱ یا Cygnus X-1) بود. در آن زمان شمارش‌گرهای گایگر در فضا موفق شدند هشت منبع پرتوی ایکس را آشکار کنند. در سال ۱۹۷۱/ ۱۳۵۰ میلادی دانشمندان تابش‌های رادیویی سیگنوس ایکس۱ را آشکار کردند و موفق به کشف همدم بسیار پرجرم آن در همان حوالی شدند که در واقع یک سیاه‌چاله بود.

– در سال ۱۹۷۴/۱۳۵۳ استیون هاوکینگ و کیپ تورن سر سیگنوس ایکس ۱ شرط‌بندی کردند که در آن هاوکینگ معتقد بود که منبع تابش، سیاه‌چاله نیست. او سرانجام در سال ۹۰ میلادی به باخت خودش اعتراف کرد.

– اگر ستاره‌ای از فاصله‌ی بسیار نزدیک از کنار سیاه‌چاله‌ای عبور کند ممکن است متلاشی شود.

blackhole-movie-wormhole

نمایی از گارگانچوا در فیلم میان‌ستاره‌ای.

– ستاره‌شناسان تخمین زده‌اند بین ۱۰ میلیون تا یک میلیارد سیاه‌چاله‌ی ستاره‌ای در راه شیری وجود دارد که جرم‌شان تفریباً سه برابر جرم خورشید است.

– سیاه‌چاله‌ی موسوم به «گارگانچوا» که در فیلم میان‌ستاره‌ای نمایش داده شد، سیاه‌چاله‌ی ابرپرجرم بود که جرمی معادل ۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید برای آن در نظر گرفته شده بود. در واقع کیپ تورن که بخش علمی فیلم‌نامه به عهده‌ی او بود این جرم را برای این سیاه‌چاله تعیین کرده بود تا بر اثر تأثیر گرانشی آن روی سیاره‌ی میلر، هر یک ساعت در آن سیاره‌ معادل ۷ سال زمینی شود. البته در آن‌جا از ویژگی حداکثر دورانِ سیاه‌چاله نیز بهره گرفته شده بود.

درباره نویسنده

173مطلب نوشته است .

mziyazi@gmail.com

  • مهدی

    الان ساعت ۴:۲۹ ۸ شهریور ۱۳۹۵ بعد تماشی فیلم Interstellar 2014 دارم مطالبمو میخونم عالی بودش دستتون درد نکنه ، فیلم که دیدم و مطالب خوندم ، حس حال عجیبی دارم ، حس خوبی نیست ، فک کنم یه جورایی ترسه ! قدرت خداوند نامحدود است و طبعا فیض و رحمت و عطایای او هم نامتناهی خواهند بود ، ان شاءالله در پناه خودش و امام زمان (عج) قرار بگیریم …
    با تشکر

  • افضل

    خیلی ممنون آقای نجفی …..مطالبتون عالیه حرف نداره.

تمام حقوق این سایت برای © 2017 كانوت. محفوظ است.
Powered by Persian Wordpress