مجهولات سیاهچاله‌ها

اگر ستاره شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تأیید تشکیل و وجود سیاهچاله بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده‌اند. با اینحال هر لحظه ممکن است این پرتوها شناسایی شوند. دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره‌ای خود ستاره ، از سطح آن می‌گریزند، در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می‌شوند و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می‌دهند.

با توجه به این نکته که لایه‌های داخلی‌تر دیسک سریعتر از لایه‌های خارجی می‌چرخند، در اثر اصطکاک لایه‌های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می‌کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می‌شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (دجاجه1-X) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) 30 کیلومتر است و برای تمامی ستاره دوتایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است.

مقدمه

شاید یکی از چالشهای بزرگ اختر فیزیک در این قرون موضوع جذاب سیاهچاله‌ها باشد. آنسوی افق رویداد بر هیچ شخصی مشخص نیست. شاید در آنسوی آن فضایی عمیق پنهان شده باشد، شاید این فضا آن حد بزرگ باشد که برای انسان قابل تصور نباشد. انسان از گذشته می‌دانسته که زمین کروی بوده و به عبارت بهتر مسطح نبوده و در واقع خمیده می‌باشد، به عبارت دیگر کره‌ای است که لبه ندارد. ما از روی آن نمی‌افتیم زیرا نیروی سحرآمیز گرانش هر کس و هر چیزی را محافظت می‌کند تا به سطح سیارات دیگر نیافتد.

پس از آنکه آلبرت انیشتین و نسبیت او پا به عرصه نهادند، به این موضوع پرداخته شد که فضا خودش خمیده است. حالا ما می‌دانیم که سفر به دریای بیکران فضا که ما به آن جهان می‌گوئیم در واقع به مکانی ژرف و عمیق است و اگر مسافری بدون اطلاع به آن سفر کند ممکن است به داخل اجرامی فوق العاده عظیم سقوط کند و زندگی را برای همیشه وداع گوید و با یک ریسک جانش را از دست بدهد. او به درون افقی کاملا” مخفی سقوط می‌کند و ما هنوز بطور کامل نمی‌دانیم که برایش چه پیش می‌آید، این افق وحشتناک متعلق به سیاهچاله است.

گرانش مهلک

یک سیاهچاله یک جسم متناقض کیهانی است. یک ستاره تاریک ، یک جسم کاملا” نامرئی ، یک زندان برای نور. این جسم یک مرز دارد که هر چیز وارد آن شود بازگشتی نخواهد داشت، این مرز را افق رویداد می‌باشد. یک کره که هر چیز وارد آن شود برای ابدیت اسیر آن می‌شود، مکانی که دیگر امکان فرار از آن نیست. جایی که در آن سطح جامد وجود ندارد. در این هنگام هر چیز حتی نور مکیده می‌شود و فقط یک گرداب ژرف گرانشی مشاهده می‌شود، این اجرام بسیار بی رحم هستند و هر جیز را که به طرفشان بیاید جذب می‌کنند، در واقع آن جسم را برای همیشه از آمدش پشیمان می‌کند. ما از مرکز که تکینگی خوانده می‌شود اطلاعات چندانی نداریم، ولی می‌دانیم که در آنجا گرانشی مهلک حکم فرما است.

چهره این اجرام همیشه مخفی و پوشیده است. تکینگی آنها همیشه به صورت نقطه‌ای است که نیروی گرانش فوق العاده‌ای در آن متمرکز شده است. همه اجرام و امواج الکترومغناطیسی و انرژی که در سیاهچاله فرو افتاده‌اند در نقطه‌ای فوق العاده کوچک و فوق العاده چگال فشرده شده‌اند و گرانشی نامتناهی ایجاد می‌کنند. سیاهچاله‌ها عموما” گازهای میان ستاره را حریصانه می‌بلعند. فضا از وجود این اجرام متلاطم است و هم چنین زمان از وجود آنها فشرده می‌شود تا اینکه متوقف شود. چون نور نمی‌تواند از افق رویداد سیاهچاله عبور کند ما آن مکان را لبه جهان فرض می‌کنیم.

ستاره‌های تاریک

در سال 1784 جان میشل دانشمند بزرگ ولی فراموش شده قرن 18 که کشیش نیز بود؛ (در تاریخ علم دانشمندان بزرگی مشاهده می‌شوند که بدون اقتضا به شغلشان کارهای فوق العاده کرده‌اند) از سرعت گریز بعضی از اجرام تعجب کرد (سرعت گریز حداقل سرعتی است که نیاز است تا از سطح یک سیاره یا یک ستاره جدا شویم، در واقع سرعتی است که بتوانیم از گرانش آن فرار کنیم)؛ او می‌دانست که گرانش یک جسم به جرمش بستگی دارد، همچنین این موضوع را می‌دانست که سرعت نور بسیار زیاد است، ولی با این حال متناهی است.

او از این موضوع تعجب کرد که خورشید با این جرم باز هم قادر نیست نور را در سطح خود نگه دارد و نور از سطح آن می‌گریزد (می‌دانیم که سرعت نور 299792 کیلومتر بر ثانیه است که آن را 300000 کیلو متر بر ثانیه فرض می‌کنند و از این سرعت تقریبی بیشتر استفاده می‌کنند). میشل پاسخ به این صورت استنباط کرد که اگر خورشید در همین اندازه بود ولی جرمش 500 برابر بود، نور نمی‌توانست از سطح خورشید بگریزد. زیرا در این صورت گرانش آن بسیار می شد. چند سال بعد ریاضدان بزرگ فرانسوی لاپلاس بطور مستقل تنیجه را بطور یکسان شرح داد و بدین ترتیب مفهوم ستاره تاریک زاده شد.

جهان حفره‌ها

سیاهچاله ، این اجرام نادر و عجیب ، را می‌توان نتیجه تفکرات جوان باهوش آلمانی که در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئیس مشغول به کار بود دانست. آلبرت اینشتن در سال 1919 تئوری نسبیت عام خود را که انقلابی عظیم در فیزیک نوین بود را ارائه کرد. آلبرت اینشتن پی برده بود که جهان اساسا” در مکانهای متفاوت نسبت به قوانین نیوتن قابل توضیح نیست. او گفت که سه بعد از فضا نمی‌توانند به صورت مجزا از بعد چهارم یعنی زمان باشند. او گفت که اینها باهم پیوسته هستند و آنها فضا – زمان نامید. این ساختار همانند یک ساختار نامرئی است که در واقع وجود دارد. او گفت که فضا نمی‌تواند مطلق باشد، بلکه پیوسته است. این بافت فضا زمانی می‌تواند خمیده شود و یا اینکه پیچ و تاب پیدا کند.

این بافت که می‌تواند جالب باشد فقط در صورتی می‌تواند مسطح و صاف باشد که هیچ چیز در روی آن وجود نداشته باشد. اگر جسمی جرم دار در روی آن وجود داشته باشد گرانش نیز وجود دارد و هر جا که گرانش وجود داشته باشد این بافت فضا – زمان خمیده می‌شود. این خمیدگی این بافت برای اجرام حکم می‌کند که چگونه حرکت کنند، در واقع می‌گوید که گرداگرد این فضا – زمان خمیده به سیر و سفر بپردازند. گرانش در تئوری نسبیت عام اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. اگر بخواهیم کمی ساده‌تر توضیح دهیم همین خمیدگی عامل ایجاد گرانش است.

انیشتین برای تصور این واقعیت فرض کرد که کاغذی دارد و آن کاغذ را ساختار فضا – زمان فرض کرد. او جسمی سنگین را در روی آن ماغذ قرار داد (آن جسم را خورشید در نظر گرفت) و دید که در ساختار کاغذ خمیدگی و فرو رفتگی ایجاد شده است. او گفت که این فضا زمان خمیده گرانشی تولید می‌کند که هر چه این خمیدگی بیشتر باشد گرانش نیز قوی‌تر خواهد بود. سرانجام در جهان اجرامی وجود دارند که این خمیدگی را به نهایت خود می‌رسانند و تمام مسیرها را بسوی خود خم می‌کنند و این اجرام حقیقتا” سیاهچاله‌های کیهانی هستند.

تولد ستاره

برای فهم مقیاس بزرگ در جهان باید مقیاسهای بسیار کوچک را درک کنیم. با باز کردن زندگی یک ستاره می‌توانیم زاده شدن یک سیاهچاله را به خوبی درک کنیم. ستاره‌ها زمانی پدید می‌آیند که ابری فوق العاده بزرگ از غبارهای کیهانی و هیدروژن در زیر بار گرانش خود فشرده شوند. در این صورت گرانش به همراه افزایش چگالی فزونی می‌یابد و بدین ترتیب فضا – زمان خمیده و خمیده‌تر می‌شود. پس مدتی گاز هیروژن در هسته متراکم می‌شود و در این تراکم شدید اتمها با یکدیگر برخورد می‌کنند و دمای آنها رفته رفته افزایش می‌یابد. زمانی که دمای هسته به 10 میلیون درجه رسید، پروتونهای هیدروژن در پی واکنشهای زنجیره‌ای همجوشی هسته‌ای به هلیوم تبدیل می‌شوند.

در هنگام این واکنشها مقداری از جرم نا پدید می‌شود که تبدیل به انرژی و امواج الکترومغناطیسی همچون نور می‌شوند. در این صورت یک جسم که همچون یک لامپ غول پیکر کیهانی است پدید آمده است و این آغاز زندگی یک ستاره است. هر ستاره‌ای که ما در آسمان مشاهده می‌کنیم در هسته‌اش واکنشهای عظیم همجوشی رخ داده است تا این نور تولید شود و به ما برسد. هنگامی که ستاره همانند خورشید درخشان و نورانی می‌شود، گرانش آن سعی می‌کند تا ستاره را هم چنان منقبض کند و در خود فرو کشد. اما واکنشهای عظیم هسته‌ای که در هسته ستاره انجام می‌شوند انرژی عظیمی تولید می‌کند و همین انرژی از در هم کشیده شدن ستاره و فرو ریختن آن جلوگیری می‌کند.

زمانی که ستاره مورد نظر (بسته به جرمش) سوخت خود را در چند میلیون یا چند میلیارد سال مصرف کرد و تمام هیدروژنها به هلیوم تبدیل شدند ستاره وارد مرحله جدید زندگی خود می‌شود. در این هنگام ستاره سعی می‌کند تا هلیوم تولید شده را به عناصر سنگین‌تر همانند آهن تبدیل کند، ولی این واکنشها چندان انرژی زیادی را تولید نمی‌کنند تا با گرانش به مقابله بپردازد. سر انجام پس از مدتی گرانش پیروز می‌شود و این پایان زندگی یک ستاره است. در این هنگام ستاره نسبت به جرمش می‌تواند به سه حالت تبدیل شود: کوتوله سفید ، ستاره نوترونی و سیاهچاله.

پیروزی نهایی گرانش

یک ستاره نوترونی در برابر فشار عظیم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت می‌کند. اما اگر باقیمانده هسته پس از انفجار بیش 3 برابر خورشید جرم داشته باشد، آنگاه دیگر شرایط کاملا” متفاوت می‌شود. در این شرایط حتی نوترونها از فشار بی وقفه گرانش نمی‌توانند در امان باشند. نوترونها در بی خبری هم چنان فشرده می‌شوند و هسته ستاره در زیر بار گرانش در فضای خودش از پای در می‌آید و از شکل می‌افتد و در این صورت جرمی بسیار ترسناک می‌شود. یک فرم تاریک که در قلب ستاره‌ها قرار داشته است و حال بی وقفه حرکت می‌کند و از فضای اطراف خود مواد را می‌مکد و آن را به درخشش وا می‌دارد. این اجسام گرسنه همان سیاهچاله‌ها هستند که در آنها گرانش به پیروزی نهایی رسیده است. هر چیز که به محدوده جادویی آن وارد شود برایش بازگشتی نخواهد بود و نخواهد توانست تا بگریزد و سرانجام آین جسم بلعیده می‌شود.

آن سوی تاریکی

لبه سیاهچاله را افق رویداد می‌خوانند، زیرا همه رویداد آن سوی آن بر ما پوشیده است و بر ما نامرئی است و فقط تا جایی ما حق مشاهده داریم که افق رویداد وجود دارد. در برخی از سیاهچاله‌ها ممکن است شعاع افق رویداد تنها چند کیلومتر باشد. هرگاه ستاره‌ای در مداری دوتایی با سیاهچاله‌ای قرار گیرد هر از چند گاهی مقداری از گازهای خود را برای سیاهچاله پرتاب می‌کند و سپس سیاهچاله آنها را بوسیله تکینگی می‌رباید ؛ همانطور که گفته شد تکینگی نقطه‌ای است که در آن چگالی بی‌نهایت است، در واقع جرم آن بی نهایت است ولی حجم آن بسیار بسیار کوچک است. تکینگی پایان علم است و در این مکان موجودیت فضا و زمان متوقف می‌شود و جایگزین آن جرم آشفته و خروشانی می‌شود که آن را اسفنج کوانتومی می‌نامند.

دانشمندان حدس می‌زنند این نقطه جایی باشد که قوانین انیشتین و نسبیت و مکانیک کوانتوم شکسته می‌شود. این حوضه چیزی است که کوانتوم گرانشی نامیده می‌شود، در این مکان از یافته‌های بسیار پیشرفته ریاضی استفاده می‌شود. گفته می‌شود که تکینگی وجود داشته است که جهان از آن آغاز شده است. در بسیاری از راههای رسیدن یک ستاره به تکینگی یک سیاهچاله فرو می‌ریزد و این معکوس بیگ بنگ است. ما نمی‌دانیم که در آن سوی افق رویداد چه می‌گذرد، شاید در آن سویش جهانی هم چون جهان ما پنهان باشد و شاید حتی این جهان نمونه‌ای از جهانهای موازی خود باشد.

سیاهچاله یا فیل سفید

یک سیاهچاله شکار خود را با استتار استادانه خود بدست می‌آورد، جایی که از تاریکترین جاهای کیهان است. برای جستجوی یک سیاهچاله اول شما باید یک ستاره مرئی را بیابید که در مدار یک سیاهچاله به دام افتاده است؛ سپس شما باید چگونگی حرکت ستاره را مورد مطالعه قرار دهید. ستاره شناسان به نور ستاره‌ای که در مدار یار تاریک خود اسیر است توجه می‌کنند. یکی از بهترین نماینده‌ها برای این امر ستاره‌ای است که V404 گایگنی نامیده می‌شود. محاسبات نشان داده است که همدم مستتر V404 دوازده برابر خورشید جرم دارد. البته هنوز مجموع جرم آن بطور کامل مشخص نشده است. اما مدار هر سیاهچاله برای به دام انداخت یک سیاهچاله باید نامرئی باشد. یکی از این سیاهچاله‌ها می‌توانند در کمین ستاره‌ای پنهان شده باشد.

جارو برقی کیهانی

اگر چه سیاهچاله چنان قدرتی دارد که می‌تواند تمام اجرام را اعم از غبار و گاز را همانند جارو برقی به درون بکشد، ولی توانایی شکار کردن را ندارد. این چیزی بر خلاف اعتقادات ما است. ولی شاید اگر این موضوع را بدانیم بهتر به درک این مطلب کمک می‌کند. اگر ما در جای خورشید خودمان در مرکز منظومه شمسی سیاهچاله‌ای با همان جرم قرار دهیم نخواهد توانست زمین را جذب خود کند و فقط ما از نور خورشید محروم خواهیم شد. البته شما می‌توانید از زمین خارج شوید و رویدادهای جالبی را تجربه کنید. شما پس از نزدیک شدن به افق رویداد کشیده می‌شوید و لاغر به نظر می‌آیید، در این صورت شما می‌توانید پاهای خود را با طول به اندازه چند کیلومتر بیابید.

پس از ورود به افق رویداد شما به ذرات بنیادی تجزیه می‌شوید و در پرده تاریکی از نظرها ناپدید می‌شوید. همانطور که گفته شد پس از ورود به افق رویداد شما هرگز دیده نخواهید شد، زیرا زمان اتساع می‌یابد و فوتونهای حمل کننده تصویر شما نیز در دام چنین گرانش عظیمی خود را گرفتار می‌بینند و بسیار تقلا می‌کنند تا بدن شما را ترک کنند و به بیرون روند هر چند که چنین چیزی امکان پذیر نیست، یعنی اگر یک میلیون سال هم تلاش کند نمی‌تواند.

قلب تاریکی

بیشتر ستاره شناسان این امر را تصدیق می‌کنند که سیاهچاله‌های سنگین وزن در مرکز کهکشانهایی همچون راه شیری هستند. آخرین برآوردها نشان می‌دهد که اینگونه سیاهچاله را فوق العاده بزرگ یا سنگین می‌نامند که در کیهان موجود می‌باشند. در دهه 1950 با تلسکوپهای نوری امواج بسیار قوی دریافت کردند و آنها را با تلسکوپهای رادیویی مورد مطالعه قرار دادند. منابع جستجو شده همچون ستاره نورانی بودند و امواج بسیار قوی که آن را با نام ” جت ” می‌شناسیم را از خود ساتع می‌کردند. اینها نخستین اجرامی ب:/..:.7<:/.,:.7<!:77/:/.-!:.8*:/.,:8