اکنون ثبت نام کنید

ورود

فراموشی پسورد

گذرواژه تان را فراموش کردید ؟ لطفا ایمیل را وارد کنید تا لینک تغییر پسورد به ایمیل شما ارسال شود

افزودن سوال

سیاه چاله چیست

سیاه چاله چیست

سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که آثار گرانشی آن، چنان نیرومند است که هیچ چیز – حتی ذرات و تابش های الکترومغناطیسی مثل نور – نمی توانند از میدان گرانش آن بگریزد.نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش بینی 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 فضا زمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را افق رویداد می نامند. صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که همه نوری که از افق رویداد آن می گذرد را به دام می‌اندازد که از این دیدگاه سیاه چاله رفتاری شبیه به جسم سیاه در ترمودینامیک دارد.از سوی دیگر نیز، نظریه میدانهای کوانتومی در فضا زمان خمیده پیش‌بینی می‌کند که افق های رویداد نیز تابشی به نام تابش هاوکینگ گسیل می کنند که طیف آن همانند طیف جسم سیاهی است که دمای آن با جرمش نسبت وارونه دارد. میزان دما در مورد سیاهچاله‌های ستاره‌ای در حد چند میلیاردم کلوین است و از این رو ردیابی آن دشوار است.

سیاه چاله چیزی است که پس از مرگ یه ستاره عظیم باقی می ماند. ستاره ها رآکتورهای همجوش عظیمی هستند که در خود می جوشند و به دو دلیل تمایل بسیار زیادی برای فروپاشی دارند: به غایت عظیم اند و از گاز تشکیل شده اند. این دو عامل کافی است تا میدان گرانشی شدیدی شکل گرفته و ستاره را از درون منهدم کند. بار دیگر که خورشید را در آسمان دیدید، به این فکر کنید که همان لحظه در سطح خورشید میلیون ها اتم در حال همجوشی با یکدیگر هستند تا هسته ای سنگین تر بسازند. و هر چه این فعالیت ادامه می یابد، خورشید پیرتر و پیرتر می شود تا در نهایت متلاشی شده و از بین برود.

به محض اینکه ستاره از پای در می آید، واکنش همجوشی هسته ای متوقف می شود چرا که سوخت مورد نظر دیگر به اتمام رسیده و چیزی برای سوختن و انفجار وجود ندارد. در همین حال، نیروی انفجاری به صفر می رسد اما نیروی گرانشی سر جای خود باقی است بنابراین با قدرت هر چه تمام تر ستاره را به درونن می کشد.

ستاره که فشرده می شود به ناگه داغ شده و انفجار ابرنواختر صورت می گیرد که طی آن مواد و اشعه ها به درون فضا پرتاب می شوند. آنچه که باقی می ماند، هسته ی بسیار فشرده و عظیم است. گرانش هسته به قدری بالاست که حتی نور هم نمی تواند از آن فرار کند.

یک سیاهچاله به دلیل اینکه نوری از آن خارج نمی‌گردد نادیدنی است، اما می‌تواند بودن خود را از راه کنش و واکنش با ماده از پیرامون خود نشان دهد. از راه بررسی برهمکنش میان ستاره‌های دوتایی با همدم نامرئیشان، اخترشناسان نامزدهای احتمالی بسیاری برای سیاهچاله بودن در این منظومه‌ها شناسایی کرده‌اند. این باور جمعی در میان دانشمندان رو به گسترش است که در مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاه‌چاله کلان‌جرموجود دارد. برای نمونه، دستاوردهای ارزشمندی بازگوی این واقعیت است که در مرکز کهکشان راه شیری ما نیز یک سیاهچاله کلان جرم با جرمی بیش از چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد.

ابداع واژه «کرم‌چاله» و «سیاه‌چاله فضایی»به جان ویلر نسبت داده شده‌است. با این‌حال، این مفهوم از مدت‌ها قبل به صورت‌های متفاوتی مطرح بوده‌است.

مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد، نخستین باراز سوی زمین‌شناسی به نام جان میچل درسال ۱۷۸۳ در نامه‌ای که برای هنری کاوندیش از انجمن سلطنتی نوشته بود، مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانشنیوتن و مفهوم سرعت گریز شناخته شده بودند. طبق محاسبات میشل جسمی با شعاع خورشید و چگالی ۵۰۰ برابر در سطح خود سرعت گریزی بیش از سرعت نور خواهد داشت و بنابر این غیرقابل مشاهده خواهد بود. به بیان او:

اگر شعاع کره‌ای مشابه خورشید قرار باشد که با چگالی ۵۰۰ بار از آن بزرگ‌تر باشد، جسمی که از ارتفاع بینهایت به سمت آن سقوط می‌کند در سطح آن سرعتی بیش ازسرعت نور به دست می‌آورد، و اگر فرض کنیم نور با نیروی مشابهی به سمت ستاره کشیده شود، آنگاه همه نوری که از چنین جسمی ساطع می‌شود به ناچار به وسیله گرانش آن به سمت خود ستاره بازمی گردد.

در سال ۱۷۹۶ پیر سیمون لاپلاس، ریاضی‌دان فرانسوی همان ایده را در ویرایش اول و دوم کتاب خود به نام آشکارسازی نظام جهان مطرح کرد. این مطالب در ویرایش‌های بعدی کتاب حذف شد.

مفهوم این ستاره‌های تاریک در سده ۱۹ (میلادی) توجه چندانی را به خود جلب نکرد زیرا فیزیک دانان نمی‌توانستند درک کنند که نور که یک موج و بدون جرم است چگونه ممکن است تحت تأثیر نیروی گرانش قرار گیرد.

دو مدل سیاهچاله وجود دارد:

  • Schwarzschild – سیاهچاله های ثابت
  • Kerr – سیاهچاله های چرخان

سیاهچاله های شوارتزشیلد ساده ترین مدل هستند که هسته آن ها حالت چرخشی ندارد. این مدل سیاهچاله ها فقط یک تکینگی و یک افق رویداد دارند.

سیاهچاله Kerr، که معمول ترین مدل سیاهچاله ها است، حالت چرخان دارند، چرا که ستاره ی پیشین آن (که الان تبدیل به هسته شده) در حال چرخش بوده. وقتی که ستاره چرخان از هم فرو می پاشد، هسته به چرخش خود ادامه می دهد و این اتفاق زمانی که تبدیل به سیاهچاله می شود هم بنا به قانون پایستگی تکانه زاویه ای، ادامه دارد. سیاهچاله Kerr از موارد زیر تشکیل شده:

تکینگی – هسته ی ستاره ی منهدم شده

افق رویداد – ورودی سیاهچاله

ارگوسفر یا کارکُره – ناحیه ای تخم مرغی شکل در ناحیه ای از فضا که دور تا دور افق رویداد را پوشانده. ارگوسفر همان ناحیه ای است که همه چیز کشیده شده به نظر می رسد. در این قسمت فضا به درون کشیده می شود اما هنوز چیزی را به درون سیاهچاله هدایت نکرده. ارگوسفر به خاطر چرخش سیاهچاله ایجاد می شود.

حد استاتیک – مرز میان ارگوسفر و فضای حقیقی

اگر جسمی وارد ارگوسفر بشود همچنان می تواند با به دست آوردن انرژی از چرخش تکینگی از سیاهچاله خارج شود. با این حال، هر چیزی که از افق رویداد بگذرد به درون سیاه چاله کشیده شده و هیچ وقت نمی تواند از آن خارج شود. کسی نمی داند که درون سیاهچاله چه اتفاقی رخ می دهد؛ حتی تئوری های فعلی فیزیکی ما نزدیک به یک تکینگی هم نیست.

اگرچه ما نمی توانیم سیاهچاله را ببینیم اما سه چیز را در ارتباط با آن می توانیم اندازه بگیریم: جرم، بار الکتریکی، سرعت چرخش (تکانه زاویه ای).

جرم یک سیاهچاله را تنها از طریق سرعت گردش اجرام به دور آن می تواند محاسبه کرد. اگر سیاهچاله به دنبال خود همراهانی داشته باشد (برای مثال یک ستاره دیگر یا اجرام آسمانی عظیم) می توان شعاع چرخش یا سرعت مدار اطراف سیاهچاله را اندازه گرفت. ستاره شناسان با استفاده از قانون سوم کپلر جرم یک ستاره را اندازه می گیرند.

شاید نتوانیم سیاهچاله را همانند تصاویر خیالی فوق ببینیم اما حضور آن را می توان با استفاده از اندازه گیری اثرات آن روی اجسام اطراف می توان متوجه شد. طرق زیر می تواند مورد استفاده قرار بگیرد:

قرص برافزایشی بسیار داغ و چرخان پیرامون یک سیاهچاله که متشکل از مواد در حال سقوط به درون می باشد، آشکارترین نشانه برای شناسایی سیاهچاله‌ها است. به خاطر حفظ تکانه زاویه‌ای گازهایی که به چاه گرانشی یک جسم پرجرم سقوط می‌کنند ساختاری قرص مانند در اطراف جسم ایجاد می‌کنند. اصطکاک درون قرص سبب می‌شود تا تکانه زاویه‌ای به سوی بیرون منتقل شود و ماده بیشتر به سمت داخل سقوط می‌کند و انرژی پتانسیلی آزاد می‌کند که دمای گاز را افزایش می‌دهد.

دوتایی‌های پرتو ایکس یا ستاره‌های دوتایی که در قسمت پرتو ایکس طیف، روشن هستند. این تابش‌های پرتو ایکس گمان می‌رود که توسط یکی از ستاره‌ها ایجاد می‌شود که جسمی فشرده‌است و ماده را از ستاره معمولی همراهش برافزایش می‌کند. حضور یک ستاره معمولی در این منظومه‌های دوتایی موقعیتی منحصربه‌فرد برای مطالعه جسم دیگر و بررسی سیاهچاله بودن آن در اختیار می‌گذارد.

گر چنین منظومه‌ای سیگنال‌هایی منتشر کند که رد آن مستقیماً به جسم فشرده برسد، این جسم نمی‌تواند سیاهچاله باشد؛ هرچند که نبودن این سیگنال نیز احتمال ستاره نوترونی بودن جسم فشرده را از بین نمی‌برد. با مطالعه ستاره ندیم (همراه) اغلب می‌توان پارامترهای مداری منظومه را بدست آورده و تخمینی برای جرم جسم فشرده ارائه کرد. اگر این جرم به میزان قابل توجهی از حد تولمن-اوپنهایمر-وولکوف (که در واقع بیشینه جرم ممکن برای یک ستاره نوترونی پیش از رمبش است) بیشتر باشد، دیگر این جسم نمی‌تواند ستاره نوترونی باشد و پندار عمومی بر سیاهچاله بودن آن است.

انتشار پرتو ایکس از قرص‌های برافزایشی در بسامدهای مشخصی دچار سوسو زدن می‌شود. این سیگنال‌ها را نوسان‌های نیمه متناوب می‌نامند. گمان می‌رود که این سیگنال‌ها ناشی از حرکت ماده در لبه داخلی قرص برافزایشی باشند (درونی‌ترین مدار دایره‌ای پایدار) و به همین دلیل با جرم جسم فشرده مرتبط اند. از این رو گاهی به عنوان راه جایگزینی برای تعیین جرم سیاهچاله‌های احتمالی به کار می‌روند.

اخترشناسان برای توصیف کهکشان‌هایی که ویژگی‌های غیرمعمولی مانند خط طیفی غیرمعمولی و یا تابش‌های رادیوی بسیار قوی دارند، از واژه کهکشان فعال استفاده می‌کنند. مطالعات نظری و تجربی نشان داده‌اند که فعالیت این هسته‌های کهکشانی فعال(AGN) را می‌توان با استفاده از سیاهچاله‌های کلان جرم توضیح داد. این گونه مدل‌های هسته‌های کهکشانی فعال از یک سیاه‌چاله کلان‌جرم، یک قرص برافزایشی و دو فواره عمود بر قرص برافزایشی تشکیل می‌شوند.

تغییر شکل فضا زمان در اطراف یک جسم سنگین سبب می‌شود که پرتوهای نور شبیه به آنچه که در یک عدسی نوری رخ می‌دهد، همگرا شوند. این پدیده به نام همگرایی گرانشی خوانده می‌شود. مشاهداتی از یک همگرایی گرانشی بسیار ضعیف صورت گرفته‌است که فوتون ها را تنها به اندازه چند ثانیه قوسی خم می‌کند. هرچند که این پدیده هرگز مستقیماً برای یک سیاهچاله مشاهده نشده‌است.یک راه ممکن برای مشاهده همگرایی گرانشی توسط یک سیاهچاله می‌تواند مشاهده ستاره‌ها در مدار پیرامون سیاهچاله باشد. چندین نامزد مختلف برای چنین مشاهداتی در ناحیه کمان-ای وجود دارند.

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

نیکدوم پاپلاوسکی، فیزیک‌دان نظری از دانشگاه ایندیانا پیشنهاد کرده‌است که ممکن است جهان ما درون سیاهچاله‌ای قرار گرفته باشد که خود آن در جهانی بزرگتر واقع شده‌است. نظریه پاپلاوسکی جایگزینی برای نظریه وجود تکینگی گرانشی در سیاهچاله هاست. او توضیحی نظری بر مبنای پیچش فضا زمان ارائه می‌دهد. پاپلاوسکی پیشنهاد می‌کند که اگر چگالی ماده در یک سیاهچاله به ۱۰۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب برسد، پیچش به عنوان نیرویی به مقابله با گرانش تبدیل می‌شود و به جای تشکیل تکینگی برود همچون فنر فشرده‌ای که به آن فشار وارد شده‌است باز می‌شود.او عنوان نموده‌است که میزان بسیار بالای پیچش ممکن است دلیل انبساط کیهانی باشد.

علاوه بر این این نظریه پیشنهاد می‌دهد که هر سیاهچاله‌ای یک کرم‌چاله می‌شود که دربرگیرنده جهان در حال انبساط جدیدی است که از یک جهش بزرگ در سیاهچاله به وجود آمده‌است؛ بنابراین سیاهچاله‌های مرکز کهکشان‌ها ممکن است پل‌هایی به جهان‌های دیگر باشند.بنابراین جهان خود ما نیز ممکن است درون سیاهچاله‌ای باشد که خود در جهانی بزرگتر قرار گرفته‌است که پیش تر از این توسط راج پاتیرا مطرح شده بود.

سیاه‌چاله‌ها برخلاف تصور نادرست ایجادشده از آنها، هر آنچه در اطراف آنهاست را به درون خود نمی‌مکند.رای مثال اگر خورشید با یک سیاه‌چاله با همین جرم جایگزین می‌شد، شعاع مدارهای سیارات تغییری نمی‌کرد.به شرطی که جرم ثابت باشد.


درباره حسین غلامیمبتدی

ارسال یک پاسخ

پایتخت معنوی ایران کجاست ؟ ( مشهد )

>