۸ اطلاعات مهمی که در مورد سیاهچاله‌ها می‌دانیم

شاید سیاهچاله‌ها یکی از رازآلود‌ترین رخداد‌های کهکشانی باشند، اما دانشمندان در شناخت اجرام مرموز ناکام نمانده اند.

کد خبر: ۴۷۸۰۱۸

تاریخ: ۳۰ تير ۱۴۰۱ - ۱۲:۲۳

سیاهچاله‌ها از اسرارآمیزترین اجرام در کیهان شناخته می‌شوند و این مسئله تا حدی به دلیل این ویژگی است که آن‌ها تمام نور‌های اطراف خود را به دام می‌اندازند. به معنای دیگر ما هرگز نمی‌توانیم آن‌ها را با ابزار‌های سنتی ببینیم. با این حال، این بدان معنا نیست که دانشمندان در مورد این اجرام عظیم کیهانی هیچ اطلاعاتی ندارند.

بر اساس گزارش slashgear، مفهوم سیاهچاله برای اولین بار توسط حل معادلات نسبیت عام که توسط آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ مطرح شد، مورد شناسایی قرار گرفت.

دانشمندان فرآیند تولد سیاهچاله‌ها را فرموله کرده‌اند و متوجه شده‌اند که نسخه‌های بسیار پرجرم آن‌ها در قلب اکثر کهکشان‌ها قرار دارند. ما حتی می‌دانیم که برخی از این سیاه‌چاله‌ها ماده‌هایی از سیارات دیگر مصرف می‌کنند و باعث ایجاد فوران‌هایی می‌شوند که می‌توانند هزاران سال نوری کشیده شوند.

در سال ۲۰۱۹، دانشمندان با استفاده از تلسکوپ افق رویداد توانستند اولین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله بسیار پرجرم را در قلب کهکشان مسیه ۸۷ بگیرند. در همین سال تصویری از سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری منتشر شد. این تصویر از سیاهچاله نشان دهنده یک نقطه عطف است و اینکه چقدر در افزایش درک خود از سیاهچاله‌ها پیشرفت کرده ایم. اما هنوز هم نکات بیشتری برای کشف وجود دارد.

سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله‌ها برای اولین بار توسط نظریه نسبیت عام انیشتین پیش بینی شدند که بیان می‌کند جرم، یک تأثیر فیزیکی بر ساختار فضا-زمان دارد. قبل از مطرح شدن نسبیت عام، دانشمندان فضا را صرفاً صحنه‌ای می‌دانستند که رویداد‌های کیهان در آن رخ می‌دهد. ساده‌ترین راه برای درک این موضوع نقل قولی از جان ویلر فیزیکدان است: «فضا به جرم می‌گوید که چگونه حرکت کند و جرم به فضا می‌گوید که چگونه انحنا پیدا کند.»

تصور کردن یک ورقه لاستیکی کشیده شده که بر روی آن توپ‌هایی با جرم فزاینده قرار می‌گیرند مثال خوبی برای درک اتفاقی است که در فضا می‌افتد. یک توپ بسکتبال باعث ایجاد فرورفتگی بزرگتری نسبت به توپ تنیس می‌شود. درست مانند یک ستاره که باعث ایجاد انحنای بیشتری در فضازمان نسبت به یک سیاره مثل زمین می‌شود.

سیاهچاله هم شبیه انداختن توپ بولینگ روی این ورق لاستیکی است. اتفاقی که باعث ایجاد فرورفتگی عمیقی می‌شود و می‌تواند هر جسمی را از مسیرش منحرف کند. چیزی که این تشبیه به ما می‌گوید این است که سیاهچاله‌ها واقعاً «جرم» نیستند و به طور دقیق‌تر باید آن‌ها را رویداد‌های فضا-زمان بنامیم. سیاهچاله‌ها فقط سه ویژگی قابل اندازه گیری دارند، جرم، حرکت زاویه‌ای و بار الکتریکی.

سیاهچاله‌ها چگونه متولد می‌شوند؟

ایجاد یک سیاهچاله به طور ذاتی با چرخه حیات ستارگان بسیار پرجرم مرتبط است. در طی فرایندی که به عنوان طول عمر دنباله اصلی یک ستاره شناخته می‌شود، ستاره از هیدروژن به عنوان سوخت برای فرآیندی به نام همجوشی هسته‌ای استفاده می‌کند. همجوشی هسته‌ای نه تنها عناصر سنگین‌تری را ایجاد می‌کند، بلکه باعث ایجاد نیرویی می‌شود که با فشار گرانش درونی ناشی از جرم خود ستاره مقابله می‌کند. این هیدروژن می‌تواند برای مدت طولانی دوام بیاورد و در نهایت توقف همجوشی هسته‌ای و به طبع قطع شدن فشار بیرونی، منجر به فروپاشی گرانشی می‌شود. لایه‌های بیرونی پراکنده و سرد می‌شوند و هسته‌ای به نام کوتوله سفید را به‌جا می‌ماند و این پایان عمر ستاره‌های کم جرم است.

در پرجرم‌ترین ستاره ها، فرایندی رخ می‌دهد که حتی نمی‌تواند از فروپاشی کامل گرانشی جلوگیری کند و این ستاره‌ها سیاهچاله‌هایی با جرم ستاره‌ای ایجاد می‌کنند.

خورشید هرگز سیاهچاله نخواهد شد

به طور خلاصه، در پاسخ به این که آیا خورشید به سیاهچاله تبدیل خواهد شد یا خیر باید پاسخ منفی داد. بعد از حدود ۴.۵ میلیارد سال، هیدروژن خورشید تمام شده و به هلیوم تبدیل می‌شود. لایه‌های بیرونی آن تا فاصله‌ای در اطراف مدار مریخ پخش می‌شوند و سیارات درونی از جمله زمین را نابود می‌کند. این لایه‌های بیرونی سرد می‌شوند و نهایتا یک کوتوله سفید که توسط یک سحابی سیاره‌ای احاطه شده است، ایجاد می‌شود.

خط تقسیمی که بر سرنوشت نهایی ستارگان تاثیر می‌گذارد حد چاندراسخار نام دارد. این حد که توسط سوبرامانیان چاندراسخار در سال ۱۹۳۱ محاسبه شد، ۱.۴ برابر جرم خورشید در نظر گرفته شده است.

در قلب اکثر کهکشان‌ها سیاهچاله‌های بزرگ قرار دارند

همه سیاهچاله‌ها به یک اندازه نیستند. علاوه بر سیاهچاله‌هایی که جرم آن‌ها بین ۳ تا ۱۰ برابر خورشید است، سیاهچاله‌های بسیار پرجرم با جرمی به بزرگی میلیون‌ها یا حتی میلیارد‌ها برابر جرم ستاره ما وجود دارند. سیاهچاله‌های متوسط نیز وجود دارند، اما تشخیص آن‌ها بسیار دشوار است.

چیزی که ما به طور قطع در مورد سیاهچاله‌های کلان جرم می‌دانیم این است که آن‌ها در مرکز اکثر کهکشان‌های بزرگ قرار دارند. این موضوع در سال ۲۰۱۹ زمانی که تصویری از سیاهچاله بسیار پرجرم در قلب کهکشان مسیه ۸۷ گرفته شد، تایید شد. این سیاهچاله عظیم که در فاصله ۵۵ میلیون سال نوری از زمین قرار گرفته، جرمی معادل ۶.۵ میلیارد خورشید دارد.

وجود سیاهچاله‌ای در قلب کهکشان راه شیری

سیاهچاله ابرپرجرم راه شیری با نام Sagittarius A، بسیار کوچکتر از سیاهچاله مسیه ۸۷ است. این سیاهچاله با جرمی ۴.۳ میلیون برابر خورشید کمتر از یک هزارم سیاهچاله مرکزی مسیه ۸۷ جرم دارد. سیاهچاله کلان پرجرم کهکشان ما که ۲۷ هزار سال نوری از زمین فاصله دارد، به این دلیل قابل توجه است که بر خلاف چاله‌ای که در قلب مسیه ۸۷ قرار دارد، مواد اطراف خود را به سرعت مصرف نمی‌کند.

اندازه کوچکتر سیاهچاله کهکشان راه شیری باعث شد علیرغم نزدیکی نسبی که در مقایسه با M۸۷ با زمین دارد، تصویربرداری «افق رویداد»، دشوارتر شود. گاز با سرعت نزدیک به نور در اطراف هر دو سیاهچاله حرکت می‌کند، اما از آنجایی که سیاهچاله کهکشان ما بسیار کوچکتر است، در مدت زمانی کوتاهتری از آنچه ابزار قادر به مشاهده آن باشد تغییر می‌کند. Sagittarius A تنها سیاهچاله در کهکشان راه شیری نیست؛ ناسا از روی تعداد ستارگان کهکشان ما تخمین می‌زند که بین ده میلیون تا یک میلیارد سیاهچاله در کهکشان راه شیری وجود دارد. دلیل چنین شکافی در این تخمین‌ها تا حدی به این دلیل است که سیاهچاله‌ها به خودی خود نامرئی هستند.

نور هم نمی‌تواند از سیاهچاله بگریزد

با نزدیک شدن به سیاهچاله از نمای بیرونی آن، اولین تکینگی که با آن مواجه می‌شویم به عنوان افق رویداد شناخته می‌شود. این لایه یک تکینگی واقعی در نظر گرفته نمی‌شود، اما این بدان معنا نیست که افق رویداد در زمینه درک بیشتر سیاهچاله‌ها بی اهمیت است.

افق رویداد نشان دهنده نقطه‌ای است که در آن تأثیر گرانشی یک سیاهچاله چنان قوی می‌شود که حتی نور نیز نمی‌تواند از چنگال آن فرار کند. این افق رویداد، سطحی است که سیاهچاله‌ها را برای ما نامرئی می‌کند و از ساطع شدن نور از آن‌ها جلوگیری می‌کند.

سیاهچاله‌ها اجرام اطراف را نمی‌بلعند

اگر سیاهچاله‌ها در تشعشعات الکترومغناطیسی قابل مشاهده نیستند، پس از کجا می‌دانیم اصلا سیاهچاله‌ها وجود دارند؟ در جواب باید گفت که خوشبختانه، این رویداد‌های عظیم فضا-زمان (سیاهچاله ها) تأثیرات خشونت آمیزی بر محیط اطراف خود دارند. این امر به ویژه زمانی که سیاهچاله‌ها توسط گاز و غبار احاطه شده اند صادق است. این ماده که به شکل یک چرخ نازک در اطراف سیاهچاله قرار دارد به نام قرص برافزایشی شناخته می‌شود است.

مواد حاصل از قرص برافزایش به تدریج به سطح سیاهچاله وارد می‌شود و با از بین رفتن گاز و غبار، نور بسیار پرانرژی از جمله اشعه ایکس ایجاد می‌کند. مارپیچی هم که به سمت داخل ایجاد می‌شود به دلیل از دست دادن حرکت زاویه‌ای مواد است و بنابراین این ایده رایج که سیاهچاله همه چیز اطراف خود را می‌بلعند، توصیف دقیقی نیست.

اگر در سیاهچاله بیفتید چه اتفاقی می‌افتد؟

بدن فضانوردی که از افق رویداد یک سیاهچاله عبور می‌کن کاملاً نابود می‌شود. با این حال، شخص فضانورد احتمالا قبل از اینکه به افق رویداد نزدیک شود، جان خود را از دست داده است. این به خاطر نیروی جزر و مدی قدرتمندی است که عامل خردکردن ستارگان است که به اصطلاح «رویداد‌های اختلال جزر و مد» نامیده می‌شوند.

هنگامی که یک فضانورد به سمت سیاهچاله سقوط می‌کند، آنقدر تحت تأثیر گرانش قرار می‌گیرد که بدن به صورت عمودی کشیده می‌شود و همزمان به صورت افقی فشرده می‌شود. در یک سیاهچاله با جرم ستاره‌ای که جرم آن ۴۰ برابر خورشید است، تحت تاثیر قرار گرفتن از سوی گرانش از حدود هزار کیلومتری افق رویداد رخ می‌دهد.

یکی از بزرگترین راز‌های سیاه چاله که همچنان باقی مانده این است که در قلب آن‌ها چه چیزی نهفته است؟ سوال دیگری که ما هنوز می‌پرسیم این است که آیا سیاهچاله‌ها نیز می‌توانند نابود شوند یا خیر.