سیاه‌چاله فضایی

سیاه‌چاله‌ها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد می‌باشند (بیش از ۵ برابر جرم خورشید). یکی از خصوصیات آن‌ها گرانش زیاد آن‌ها است که حتی نور را هم در خود جذب می‌کند.(این برداشت که نور جذب سیاه چاله‌ها می‌شود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شده‌است که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا می‌کند که در سیاه چاله‌ها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان می‌شود و چون نور در این فضا-زمان حرکت می‌کند به ناچار وارد سیاه چاله می‌شود) گفتنی است.

مهم‌ترین یافته‌های اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپ‌اخترها و اخترنماها هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند.

کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازه‌ای از اشیای آسمانی شد.
این پدیده‌ها، سیاهچاله‌ نامیده می‌شوند زیرا حتی نور توانایی گریز ندارد(به عبارت فیزیکی سرعت فرار آن از سرعت نور بیشتر است) و بدنی جهت تاریک دیده می‌شوند محوطه‌ای که در دید تاریک دیده می‌شود افق رویداد و به شعاع آنشعاع شوارتزیلد می‌گویند.

اخترفیزیکدانان، سیاهچاله‌ها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ زندگی ستارگان بسیار بزرگ می‌دانند. دانشمندان، سیاهچاله‌ها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومی‌پاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کرده‌اند. نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کرده‌است.

اگر یک سیاهچاله‌ در فضای خارجی کشف شود. این رویدادها برای فیزیک و اخترشناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمی‌تواند سیاهچاله‌ را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله‌ وجود داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفت.

تبدیل ستارگان بزرگ به سیاه‌چاله‌ها

ابتدا برای فهم بهتر سیاهچاله‌ها بد نیست این را بدانید سیاهچاله‌ها به قدری متراکمند که اگر کل کرهٔ زمین قطرش به ۰/۹ سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل میگردد.

بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱٫۴ برابر خورشید است چه می‌آید؟ حتی نیروی قوی نیز نمی‌تواند سرعت فرو پاشی درونی آن را متوقف سازد. و این ستاره کاملاً فرو می‌پاشد و از مرحله ستاره نوترونی فراتر رفته و حتی به یک شی کوچک‌تر و چگال تر یعنی سیاهچاله‌ تبدیل می‌شود.اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کرد ان به یک سیاه چاله تبدیل می‌شود شعاع شوارتز شیلد زمانی ایجاد می‌شود که سرعت گریزه از جاذبه به سرعت نور برسد

فروپاشی کامل به معنای آن نیست که سیاهچاله‌ از روی صفحه جهان محو می‌شود. همان طور که به‌وسیله اینشتین توصیف شده‌است ساختار فضا- زمان فرو پاشی بی پایان را منتفی می‌کند و به جای آن یک انحنای غیر مادی، نامرئی و واقعی فضا را به وجود می‌آورد. یک سیاهچاله‌ را می‌توان به مرد نامرئی سنگین وزنی تشبیه کرد که روی یک نیمکت نشسته‌است. او دیده نمی‌شود ولی وزن او در نیمکت فرورفتگی ایجاد می‌کند.

سیاهچاله‌ برای فیزیکدانان نظری چیز تازه‌ای نیست. در سال ۱۹۳۹ج. اوپنهایمرو هارتلند و اس. اشنایدر برای نخستین بار سیاهچاله‌ها را به عنوان نتیجه‌ای از نسبیت عمومی پیشنهاد کردند ولی در آن زمان برای تشخیص آنها هیچ راه معلومی وجود نداشت. اما با پیشترفت اخیر اخترشناسی رادیویی و کشف علائم رادیویی توضیح ناپذیر از اعماق فضا، سیاهچاله‌ها به صورت موضوع بسیار مهم اخترشناسی درآمده‌اند. دانشمندان معتقدند که این اشیای نظری پدیده‌های با انرژی فوق العاده چون اختر نماها و تپ اخترها می‌توانند نقشی داشته باشند. سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی تنها اشیای شناخته شده در فیزیک هستند که برای انجام مشاهده‌های اخترشناختی روی چنان فرستنده‌های بسیار نیرومند تشعشع، به اندازه کافی فشرده و پر جرمند.

ویژگی سیاه‌چاله‌ها

فیزیکدانان به یاری تجهیزات کوچک، توصیف نسبتاً جامعی از سیاهچاله‌ها به دست داده‌اند. به باور دکتر جان ویلر و دکتر رئو روفینی از دانشگاه پرینستون سیاهچاله‌ها اندازه و شکلی به مفهوم قراردادی آن ندارند اما آنها در محدوده یک قطر ۱۵ کیلومتری عمل می‌کنند. سیاهچاله‌ها جرمهای متفاوتی بین جرم خورشید و صد میلیون برابر جرم خورشید دارند. سیاهچاله‌ها مثل گرداب عمل می‌کنند. هر جرم با انرژی سرگردانی که به یک سیاهچاله‌ نزدیک شود (در داخل فاصله معینی که افق آن خوانده می‌شود) بطور مقاومت ناپدیری به درون گرداب، که همان سیاهچاله‌، است کشیده می‌شود. نیروهای کشندی شدید درون سیاهچاله‌ها ماده را در یک سمت می‌کشد و منبسط می‌کند و در سمت دیگر می‌فشرد و خرد می‌کند. تا آن که آن ماده به کلی تجزیه و جزء فضای خمیده و سیاهچاله‌ شود.

خواص دیگر سیاهچاله‌ها از این هم عجیب تر است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده ردو بدل می‌کنند. هر شی در شرایط عادی اندازه خود را نگه می‌دارد ولی نمی‌تواند از عمر فیزیکی بگریزد. در درون سیاهچاله‌ بر اشیا عمری نمی‌گذرد، ولی مداوماً کوچک‌تر می‌شوند. مشاهده کنندگان سیاهچاله‌ از فاصله مطمئن و ایمنی نمی‌توانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر انرژی، تحت تأثیر مکش سیاهچاله‌ است.

همچنانکه نور به درون آن کشیده می‌شود، به طور بی پایانی به انتهای قرمز طیف رنگها تغییر مکان می‌دهد و سیاهچاله‌ را سیاه و بنابراین نامرئی می‌کند. اگر سیاهچاله‌ها اندکی مرئی بودند، مشاهده کنندگان، این ستارگان را درست آن گونه که پیش از فروپاشی هزاران میلیون سال پیش رخ داده بود می‌دیدند. علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله‌ تبدیل می‌شود، نسبت به ناظران بیرونی بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف می‌شود. به عقیده جان ویلر و دکتر روفینی (علائم و اطلاعات مربوط به مرحله‌های بعدی فرو پاشی هرگز نمی‌گریزند، بلکه در فرو پاشی خود هندسه (زمانی و مکانی) درگیر می‌شوند.)

تعداد سیاهچاله‌ها در جهان

به عقیده‌ای.جی.دابلیو. کامرون از دانشگاه یشیوا ممکن است جهان پر از سیاهچاله‌ باشد. نظریه کیهان‌شناسی پیش بینی می‌کند که جهان شامل مقدار مشخصی ماده‌است. اما اخترشناسان از مشاهده هایشان استنباط کرده‌اند که تقریباً ماده به اندازه کافی وجود ندارد تا این پیش بینی‌ها را عملی سازد. ماده مشاهده شده به اندازه قابل ملاحظه‌ای کمتر از ماده پیش بینی شده‌است. دکتر کامرون بر آن است که ماده گمشده ممکن است به وسیله شمار زیادی سیاهچاله‌ بلعیده شده باشد.

تاریخ شیمیایی جهان نشان می‌دهد که نخستین ستارگانی که تشکیل شده‌اند بسیار بزرگ بوده‌اند و انتظار می‌رود به سیاهچاله‌ها تبدیل شوند. با قطعیت نمی‌توان گفت که همه ستارگان ناگزیر به سیاهچاله‌ها مبدل می‌شوند. دانشمندان نشان داده‌اند که ستارگان نا متقارن ستارگانی که تقارن کروی تقریباً کامل ندارند به این سرنوشت دچار می‌شوند. اما به عقیده وای. ب. زلدوویچ فیزیکدانان شوروی و گروه انگلیسی استیون هاوکینگ، راجر بن روز و روبرت چراک، عدم تقارن شکلی کوچک، یک ستاره بزرگ را نجات نخواهند داد.

آشکارسازی سیاهچاله‌ها

یکی از راههای کشف سیاهچاله‌ها استفاده از امواج گرانشی است که هنگام فروپاشی گسیل می‌دارند. هر جرم اختری از حیث شکل نامتقارن تششع ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. جوزف وبر از دانشگاه مریلند، پیش کسوت رشته تشعشع گرانشی، رویدادهای زیادی را کشف کرده‌است که حاکی از ویرانی وسیع ماده در جهان، از راه فروپاشی گرانشی است. کارافزار او عبارت است از آنتن‌های آلومینیومی، ابزاری که به‌وسیله سیمهایی در داخل اتاقهای حفاظ داری آویزانند. این کار افزار او قادر به کشف سیاهچاله‌ است، اما متاسفانه این کار را نمی‌تواند به دقت انجام دهد.

منبع:دانش نامه ویکی پدیا


تصاویر:ناسا