سیاه چاله ها

به‌جرئت می‌توان سیاه چاله‌ها را یکی از اسرارآمیز‌ترین و عجیب‌ترین اجرام شناخته‌شده دانست؛ به‌خصوص با ثبت اولین تصویر سیاه‌چاله در سال ۲۰۱۹ و اثبات فرضیه‌های متعدد مربوط به آن علاقه مردم و دانشمندان به این اجرام افزایش یافت؛ اما چه ویژگی‌هایی سیاه چاله‌ها را تا این اندازه جذاب و هیجان‌انگیز ساخته است؟ در این مطلب پاسختان را دریافت میکنید

سیاه چاله چیست؟ بر‌‌‌اساس تعریفی ساده سیاه‌چاله به نقطه‌ای از فضا با جاذبه‌ و چگالی بسیار بالا گفته می‌شود که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. این جاذبه به‌قدری قوی است که تمام مواد را در فضایی کوچک فشرده می‌کند. آلبرت اینشتین برای اولین با در سال ۱۹۱۶ با نظریه نسبیت عام احتمال وجود سیاه‌چاله‌ها را مطرح کرد. عبارت «سیاه چاله» هم چند سال بعد در سال ۱۹۶۷ توسط ستاره‌شناسی آمریکایی به نام جان ویلر ابداع شد. بر‌‌‌اساس نظریه نسبیت عام، جرمی که به‌اندازه کافی فشرده شود می‌تواند فضا زمان را خم کرده و سیاه چاله را تشکیل دهد. به مرز بی‌بازگشت سیاه‌چاله افق رویداد گفته می‌شد. سیاه‌چاله‌ها هیچ نوری را منعکس نمی‌کنند؛ اما بر‌‌‌اساس آثاری که بر مواد و اجرام اطراف خود می‌گذارند قابل شناسایی هستند.

سیاه چاله چگونه به وجود می‌آید؟ سیاه چاله ها را با توجه به جرمی که دارند، می‌توان به سه دسته تقسیم کرد: «سیاه چاله های ستاره‌ای»، «سیاه چاله های میانی» و «سیاه چاله های کلان جرم». هرکدام از این سیاه چاله ها به روش متفاوتی به وجود می‌آیند. با این حال، باید توجه داشت که اخترشناسان همچنان درباره چگونگی به وجود آمدن سیاه چاله های میانی یا پرجرم اتفاق نظر ندارند و نظریات متفاوتی درباره این چاله های غول‌پیکر و مرموز در فضا وجود دارد.

۱. سیاه چاله های ستاره‌ای هنگامی که یک ستاره به پایان عمر خود نزدیک می‌شود، رُمبش می‌کند – یا در درون خود فرومی‌پاشد. ستارگان کم جرم – با جرم حدودی سه تا بیست برابر جرم خورشید – تبدیل به یک ستاره نوترونی و یا کوتوله سفید می‌شوند. اما اگر جرم ستاره فروپاشیده بیشتر باشد، در اثر رمبش به یک سیاه چاله‌ ستاره‌ای تبدیل می‌شود. این نوع از سیاه چاله های فضایی با آنکه نسبتا کوچک هستند، اما از تراکم بالایی برخوردارند. تراکم بالا با قدرت کشش گرانشی رابطه مستقیم دارد. بدین ترتیب، سیاه چاله های ستاره‌ای گاز و غبار کهکشان‌های اطراف خود را جذب کرده و به مرور زمان رشد می‌کنند.

۲. سیاه چاله های میانی دانشمندان زمانی تصور می‌کردند چاله های فضایی خارق‌العاده تنها در دو دسته جرمی ستاره‌ای و پرجرم وجود دارند، اما تحقیقات وجود سیاه چاله هایی با جرم میانی را به اثبات رساند. چنین اجسامی زمانی می‌توانند تشکیل شوند که ستاره‌های یک خوشه در واکنش با یکدیگر قرار بگیرند. تحقیقات انجام شده نشان می‌دهد که سیاه چاله های میانی در مرکز کهکشان‌های کوتوله (کهکشان‌های بسیار کوچک) یافت می‌شوند. مشاهدات ده کهکشان از این دسته – از طریق اندازه‌گیری پرتو ایکس تابش شده – نشان داد که این دسته از سیاه چاله ها جرمی در حدود سی و شش هزار تا سیصد هزار برابر جرم خورشید دارند.

ساختار چاله های مرموز فضایی سیاه چاله ها از دو بخش تشکیل شده‌اند: افق رویداد و تکینگی. افق رویداد سیاه چاله مرزی در اطراف دهانه ورودی است که نور نمی‌تواند از آن بگریزد. هنگامی که یک ذره به افق رویداد می‌رسد، دیگر راهی برای فرار ندارد و به ناچار به درون سیاه چاله سقوط می‌کند. ناحیه داخلی سیاه چاله که در آن جرم جسم متمرکز شده و حدس زده می‌شود به علت انحنای بی‌نهایت فضا، زمان تا بی‌نهایت ادامه داشته باشد، «تکینگی» نامیده می‌شود. سیاه چاله ها را به علت کشش گرانشی بالا نمی‌توان همانند ستاره‌ها و سایر اجرام کیهانی رصد کرد. بدین ترتیب، کیهانشناسان برای رصد سیاه چاله‌ها – به صورت غیرمستقیم – به تشخیص تشعشعاتی که این اجرام در هنگام بلعیدن سایر اجرام کیهانی دارند، اتکا می‌کنند.

استفان هاوکینگ در مورد سیاه چاله ها چه می‌گوید؟ سیاه چاله ها چگونه کار می‌کنند و کار آن‌ها در فضا چیست؟ فیزیکدانان و اخترشناسان بسیاری فعالیت‌های علمی خود را وقف پاسخ به این پرسش‌ها کرده‌اند. در میان تمام دانشمندان، فیزیکدانان و اخترشناسانی که تاکنون در تلاش برای درک رفتار سیاه چاله‌ها در فضا بوده‌اند، نام «استفان هاوکینگ» می‌درخشد. هاوکینگ فیزیکدان بریتانیایی است که به صورت اختصاصی بر روی سیاه چاله‌ها مطالعه می‌کرد. او در بخشی از مطالعات خود در تلاش برای پاسخ دادن به این سوال بود: آیا می‌توان به یک سیاه چاله دما نسبت داد؟ محاسبات او منجر به مفهومی به نام «تابش هاوکینگ» شد. هاوکینگ نه تنها نشان داد که یک سیاه چاله ازخود انرژی ساطع می‌کند، بلکه نشان داد یک چاله فضایی به طرزی بی‌اندازه آهسته کوچک (منقبض) و درنهایت با تابش پرتو گاما منفجر می‌شود