سیاه چاله های فضایی، مرگ یا زندگی دوباره ؟

پیشگفتار

دوستای خوبم سلام، شاید همه ما یا حداقل بخش زیادی از ما درباره سیاه چاله های فضایی چیزی شنیده باشیم و یا یک برداشت یا درک خاصی نسبت به این پدیده داشته باشیم ولی باید قبول کنیم که حتی دانشمندان بزرگ هم هنوز این معمای غول پیکر رو نتونستند کاملا توصیف کنند یا درکش کنند . امروز من تلاش می کنم تا حد زیادی شما رو با این پدیده زیبا و دوست داشتنی یعنی “سیاه چاله های فضایی” آشنا تر کنم .

آشنایی اولیه با سیاه چاله های فضایی

از آغاز این هستی که مهبانگ یا بیگ بنگ نامیده می شود (دقت کنید گفتم از آغاز این هستی که این به این معنی نیست منظورم آغاز وجود و هم چیز است) به خاطر اختلاف چگالی در نواحی مختلف و موج پس زمینه کیهانی،  ستاره ها یا نواحی چگال شده از موارد اولیه ساخته شده توسط کیهان(هیدروژن و مقدار کمی هلیوم) به وجود آمدند و این ستاره ها تا میلیاردها سال می تونن عمر کنن ولی بالاخره یک روزی این سوخت های انرژی زای کیهانی سوختشان به پایان می رسند و سرنوشت های گوناگونی با توجه به جرمی که دارند برای آنها اتفاق خواهد افتاد . یکی از این سرنوشت ها تبدیل شدن به یک سیاه چاله فضایی ست که مخصوص پرجرم ترین ستاره هاست .

توضیح عمیق تر

سیاه‌چاله ناحیه‌ای در فضا-زمان با گرانشی چنان نیرومند است که هیچ چیز حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مثل نور — نمی‌توانند از میدان گرانش آن بگریزند. نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود. مرز این ناحیه از فضازمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را افق رویداد می‌نامند. صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که همهٔ نوری را که از افق رویداد آن می‌گذرد به دام می‌اندازد؛

با توجه به آنچه گفتیم چون هیچ فوتونی نمی تواند از سوی سیاه چاله ها به فضا رهسپار شود پس هیچ گیرنده (چشم، یا هر گیرنده ویدئویی مصنوعی) ای نمی تواند آن را ببیند . ولی در سالی که گذشت یک عکس همه گیر شد که نشان دهنده اولین تصویری بود که انسان توانسته از سیاه چاله های فضایی تهیه کند .پس دانشمندان در ماه آوریل سال ۲۰۱۹ برای اولین بار عکسی از یک سیاهچاله گرفته و منتشر کردند.

من در این قسمت ویدئویی از سایت پر بار بیگ بنگ را برای شما می گذارم تا به صورت تصویری بتوانید این ماجرا را درک کنید کنید .

چگالی بسیار بالای سیاه چاله های فضایی

سیاهچاله ها دارای چگالش یا فشردگی بسیار بالایی هستند که این به آن ها اجازه می دهد که خمیدگی بیشتری را در فضا-زمان به وجود بیاورند و این خمیدگی سرانجامی جذاب ولی ترسناک دارد، یک جاذبه نیرومند که حتی می تواند ستاره ها و اجرام بزرگ کیهانی را بلعیده و آن ها را در دام گرانش خود قرار دهد. معمولا در مرکز هر کهکشان یک ابر سیاه چاله قرار دارد که به دلیل جاذبه و گرانش بسیار بالا می تواند ستاره ها و سامانه های خورشیدی(منظومه شمسی) بی شماری را پیرامون خود حفظ کند .
اینگونه پنداشته می‌شود که سیاهچاله‌های ستاره‌ای در جریان فروپاشی ستاره‌های بزرگ در یک انفجار ابرنواختری در پایان چرخه زندگیشان به‌وجود می‌آیند. جرم یک سیاهچاله پس از شکل‌گیری می‌تواند با دریافت جرم از پیرامونش افزایش یابد. با جذب ستارگان پیرامون و بهم پیوستن سیاهچاله‌های گوناگون، سیاهچاله‌های کلان جرم با جرمی میلیون‌ها برابر خورشید تشکیل می‌شوند.

افق رویداد

مهمترین ویژگی که یک سیاهچاله را تعریف می‌کند پیدایش افق رویداد است. افق رویداد به شکل کروی یا تقریباً کروی با شعاع شوارتزشیلد حول نقطه مرکزی سیاهچاله‌است. این کره ناحیه‌ای از فضا زمان است که عبور نور و ماده از آن تنها در یک جهت و به طرف درون آن ممکن است. درون این کره سرعت گریز از سرعت نور بیشتر خواهد بود، و از آنجاییکه دانشمندان می گویند هیچ جسمی توانایی حرکت با سرعت بیشتر از سرعت نور را ندارد، هیچ جسمی توانایی گریز از این منطقه را ندارد. هر جرم یا انرژی که به یک سیاه چاله نزدیک شود، در داخل فاصله معینی که افق رویداد آن خوانده می‌شود، به‌طور مقاومت ناپذیری به درون سیاه چاله کشیده می‌شود. نوری که از اطراف یک سیاه چاله عبور می‌کند، اگر به افق رویداد نرسد، روی مسیری منحنی شکل از کنار آن می‌گذردو اگر به افق رویداد برسد، در سیاه چاله سقوط می‌کند. افق رویداد را از این رو به این نام می‌خوانند که از درون آن اطلاعات راجع به آن رخداد به مشاهده‌کننده نمی‌رسد و مشاهده‌کننده نمی‌تواند یقین حاصل کند که این اتفاق رخ داده‌است.

تقسیم بندی سیاهچاله‌ها

ستاره شناسان تاکنون سه نوع سیاه‌چاله را شناسایی کرده‌اند که بر مبنای جرمشان به سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای (ریز سیاه‌چاله‌)، سیاه‌چاله‌های جرم متوسط و سیاه‌چاله‌های کلان جرم تقسیم می‌شوند.

سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای: کوچک اما کشنده

هنگامی که یک ستاره در حال سوزاندن آخرین سوخت خود است، ممکن است فروپاشی یا در خود فرو ریزش کند. در ستاره‌های کوچک‌تر (با جرم کمتر از سه جرم خورشیدی) با پایان سوخت، هسته به یک ستاره نوترونی یا کوتوله سفید تبدیل می‌شود. اما وقتی یک ستاره بزرگ‌تر فرو می‌ریزد، به فشرده سازی ادامه داده و یک سیاه‌چاله ستاره‌ای (Stellar Black hole) یا ریز سیاه‌چاله‌ (Small Black hole) ایجاد می‌کند.

سیاه‌چاله‌هایی که با فروپاشی ستاره‌های منحصر بفرد ایجاد می‌شوند نسبتاً کوچک اما فوق العاده متراکم هستند. یکی از این اجسام بیش از سه برابر جرم خورشید را در فضایی به اندازه یک شهر کوچک فشرده می‌کند. این باعث می‌شود تا مقدار بسیار زیادی گرانش در آن ایجاد شده و اجسام نزدیک را به سمت خود بکشد. سیاهچاله‌های ستاره‌ای از گرد و غبار و گازهای کهکشان اطراف خود تغذیه می‌کنند که در نتیجه سبب رشد اندازه آنها می‌شود. به گفته مرکز نجوم هاروارد-اسمیتسونیان (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) کهکشان راه شیری حاوی چند صد میلیون سیاه‌چاله‌ ستاره‌ای است.

سیاه‌چاله‌های جرم متوسط: در وسط گیر کرده‌ها

دانشمندان روزگاری تصور می‌کردند که سیاهچاله‌ها فقط در اندازه‌های کوچک و بزرگ هستند، اما براساس تحقیقات جدید این احتمال را می‌دهند که سیاهچاله‌های جرم متوسط (Intermediate Black holes or IMBHs) نیز می‌توانند وجود داشته باشند. بسیاری از این سیاهچاله‌های جرم متوسط که در یک منطقه تشکیل می‌شوند، می‌توانند سرانجام در مرکز یک کهکشان به همدیگر پیوسته و یک سیاه‌چاله کلان جرم ایجاد کنند.

در سال ۲۰۱۴ ستاره شناسان جسمی را که به نظر می‌رسید یک سیاه‌چاله جرم متوسط است در بازوی یک کهکشان مارپیچی کشف کردند. تیم رابرتز (Tim Roberts) از اعضای آن تیم تحقیقاتی در یک بیانه گفت: اخترشناسان برای کشف این نوع سیاه‌چاله تلاش بسیار زیادی انجام داده و به سختی به دنبال یافتن آن بودند. شواهدی از وجود سیاه‌چاله‌های جرم متوسط به دست آمده، اما آنها مانند اقوام دوری هستند که کسی علاقه‌ای به پیدا کردنشان ندارد.

تحقیقات جدید در سال ۲۰۱۸ نشان داد که ممکن است سیاه‌چاله‌های جرم متوسط در قلب کهکشان‌های کوتوله (Dwarf Galaxies) یا کهکشان‌های بسیار کوچک وجود داشته باشند. مشاهدات ۱۰ مورد از این کهکشان‌ها که بر مبنای فعالیت‌های اشعه ایکس سیاه‌چاله‌ها بود، حاکی از وجود سیاهچاله‌هایی با جرم ۳۶۰۰۰ تا ۳۱۶،۰۰۰ جرم خورشیدی است. این اطلاعات توسط نقشه‌بردار آسمانی دیجیتال اسلون (Sloan Digital Sky Survey) بدست آمده که حدود ۱ میلیون کهکشان را بررسی کرده و می‌‌تواند نوع نوری که هنگام خوردن گرد و غبار توسط سیاهچاله منتشر می‌شود را تشخیص دهد.

سیاه‌چاله‌های کلان جرم: تولد غول‌ها

سیاه‌چاله‌های کوچک بسیار زیادند اما سیاه‌چاله‌های کلان جرم در جهان حمکرانی می‌کنند. این سیاهچاله‌های عظیم از نظر جرم میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر خورشید جرم دارند اما قطر آنها تقریباً به اندازه قطر خورشید است. تصور می‌شود چنین سیاه‌چاله‌هایی تقریباً  در مرکز همه کهکشان‌ها از جمله راه شیری قرار داشته باشند (اولین فیلم از سیاه‌چاله کمان ای در مرکز کهکشان راه شیری).

دانشمندان مطمئن نیستند که چطور چنین سیاه‌چاله‌های بزرگی ایجاد می‌شوند. پس از شکل گیری این غول‌ها، آنها گرد و غبار و گازهای اطراف خود را جمع می‌کنند، ماده‌ای که در مرکز کهکشان‌ها فراوان است و به آنها اجازه می‌دهد تا رشد کنند.