سیاه چاله

سیاه چاله ها یکی از عجیب ترین و جذاب ترین اجرام عمیق آسمانی در فضا هستند. این اجرام  بسیار متراکم بوده و کشش گرانشی آنها به حدی قوی است که حتی نور هم اگر به نزدیکی آن ها بیاید نمی تواند از این گرانش فرار کند.

پس از آن در سال ۲۰۱۹ دانشمندان توانستند با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (EHT) اولین تصویری که تاکنون از یک سیاه چاله ثبت شده است را منتشر کنند. تلسکوپ افق رویداد با بررسی افق رویداد سیاه چاله، یا منطقه ای که هیچ چیز نمی تواند از ٖآن فرار کند، وجود سیاه چاله ای را در مرکز کهکشان M87 به تصویر کشید. تصویری که تلسکوپ افق رویداد از سیاه چاله M87 گرفت، یک تلاش فوق العاده بود و به دو سال کار تحقیقاتی ˗ حتی پس از ثبت تصویر˗ نیاز داشت. حالا که ستاره شناسان می دانند یک سیاه چاله چه شکلی است اولین تصویر گرفته شده زمینه ی کاملا جدیدی را در پژوهش های مرتبط با سیاه چاله باز می کند.

اولین تصویر از سیاه چاله کهکشان m87

انواع سیاه چاله های شناسایی شده

• سیاه چاله های ستاره وار ˗˗ کوچک اما مرگبار

هنگامی که یک ستاره آخرین سوخت خود را مصرف می کند، ستاره ممکن است دچار فروپاشی شده و  به درون خود سقوط کند. برای ستاره های کوچک تر ( آنهایی که جرم شان تا ۳ برابر جرم خورشید است)، هسته جدید تبدیل به یک ستاره نوترونی یا کوتوله سفید می شود. اما وقتی یک ستاره بزرگ فرومی پاشد، ستاره شروع به متراکم شدن می کند و یک سیاه چاله ی ستاره وار تشکیل می شود.

سیاه چاله هایی که به واسطه ی فروپاشی ستاره های تکی تشکیل می شوند نسبتا کوچک، اما فوق العاده متراکم هستند. یکی از این اجرام می تواند جرمی بیش از سه برابر جرم خورشید را در قطری به اندازه ی یک شهر جای دهد. این عمل منجر به ایجاد یک نیروی گرانشی فوق العاده عظیم می شود که به اجرام اطراف سیاه چاله نیرو وارد می کند. سیاه چاله های ستاره وار پس از تشکیل، گرد و غبار و گاز های کهکشان های اطراف خود را مصرف می کنند و از این طریق بزرگ تر می شوند.

طبق گزارش های مرکز اختر فیزیک هاروارد – اسمیتسونین، ” کهکشان راه شیری شامل چند صد میلیون سیاه چاله ستاره وار است.”

• سیاه چاله های کلان جرم ˗˗ تولد غول ها

سیاه چاله های کوچک اکثر جمعیت جهان را تشکیل می دهند، اما این عموزاده های آنها، یعنی سیاه چاله های کلان جرم هستند که بر جهان حکم رانی می کنند. این سیاه چاله های بسیار عظیم میلیون ها یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید هستند، اما از نظر اندازه قطری مشابه خورشید دارند. این چنین سیاه چاله های عظیم به نظر می رسد در مرکز تقریبا هر کهکشانی، از جمله کهکشان راه شیری وجود دارند.

دانشمندان مطمئن نیستند چطور این سیاه چاله های بزرگ تشکیل می شوند. اما هنگامی که این غول های کیهانی ایجاد می شوند، از گرد و غبار و گازهای اطراف خود که عموما از مرکز کهکشان ها هستند، جرم جمع آوری می کنند و این کار به آنها اجازه می دهد تا رشد کرده و به اندازه های حتی بزرگ تر نیز برسند.

سیاه چاله های کلان جرم ممکن است نتیجه ی ادغام صدها و یا هزاران سیاه چاله ی کوچک باشند. ابرهای بزرگ گازی نیز می توانند با فروپاشی در یکدیگر و از طریق  برافزایش جرم با سرعت بالا منجر به ایجاد این سیاه چاله ها شوند. گزینه سوم می تواند فروپاشی خوشه های ستاره ای باشد که با سقوط گروهی از ستارگان بر روی یکدیگر ایجاد می شود. مورد چهارم نیز این است که سیاه چاله های بزرگ می توانند برخواسته از خوشه های عظیم ماده تاریک باشند. ماده تاریک ماده ای است که ما می توانیم از طریق تاثیرات گرانشی آن بر اجرام دیگر آن را مشاهده کنیم؛ اگرچه، ما نمی دانیم ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است زیرا از خود نور منتشر نمی کند و نمی توان آن را به صورت مستقیم مشاهده نمود.

• سیاه چاله های با جرم متوسط ˗˗ در وسط گیر کرده اند

زمانی دانشمندان تصور می کردند که سیاه چاله ها فقط در اندازه های کوچک و بزرگ به وجود می آیند، اما تحقیقات اخیر این امکان را نشان می دهند که سیاه چاله های متوسط (IMBHs) نیز می توانند وجود داشته باشند. چنین اجرامی زمانی تشکیل می شوند که ستاره های یک خوشه در یک واکنش زنجیره ای با یکدیگر برخورد می کنند. چندین سیاه چاله متوسط که در یک منطقه تشکیل شده اند ممکن است در نهایت در مرکز یک  کهکشان بر روی یکدیگر سقوط کرده و یک سیاه چاله کلان جرم را تشکیل دهند.

در سال ۲۰۱۴، ستاره شناسان توانستند جرمی را در بازوی یک کهکشان مارپیچی پیدا کنند که به نظر می رسید یک سیاه چاله با جرم متوسط باشد.

تیم رابرتز، از دانشگاه دورام می گوید:” ستاره شناسان برای پیدا کردن این سیاه چاله ها به سختی تلاش کرده اند. نشانه هایی هست که نشان می دهند آنها وجود دارند اما این سیاه چاله ها تمایلی به دیده شدن ندارند.”

تحقیقات جدید از سال ۲۰۱۸ نشان می دهند که این سیاه چاله ها ممکن است در قلب کهکشان های کوتوله  (یا کهکشان های بسیار کوچک) وجود داشته باشند. مشاهدات دانشمندان از ۱۰ کهکشان کوتوله فعالیت هایی از پرتو ایکس ˗ که در سیاه چاله ها مشترک است ˗ را کشف کرده که خبر از حضور سیاه چاله هایی با جرم ۳۶۰۰۰ تا ۳۱۶۰۰۰ برابر جرم خورشیدی می دهد.

سیاه چاله ها چه شکلی هستند؟

سیاه چاله ها از ۳ “لایه” تشکیل شده اند: افق رویداد بیرونی، درونی و تکینگی (singularity).

افق رویداد سیاه چاله مرزهای دهانه ی سیاه چاله را نشان می دهد که نور نمی تواند از آن فرار کند.  هنگامی که یک ذره از افق رویداد عبور می کند، دیگر نمی تواند آنجا را ترک کند، زیرا جاذبه در سراسر افق رویداد ثابت است.

ناحیه داخلی سیاه چاله، جایی که جرم آن قرار دارد، به عنوان تکینگی شناخته می شود، نقطه ای در فضا-زمان که جرم سیاه چاله در آن متمرکز شده است.

دانشمندان نمی توانند سیاه چاله را به گونه ای که ستاره ها و دیگر اجرام آسمانی را می بینند، مشاهده کنند. در عوض، ستاره شناسان باید به تابش رادیواکتیوی که در هنگام بلعیده شدن گاز و گرد و غبار از سیاه چاله منتشر می شود استناد کنند. اما سیاه چاله های غول پیکر که در مرکز یک کهکشان قرار دارند، ممکن است توسط گرد و غبار و گاز های ضخیم اطراف خود پوشیده شوند، که می تواند مانع انتشار تابش ها به بیرون شود.

گاهی، هنگامی که ماده به داخل سیاه چاله کشیده می شود، به جای آنکه به درون حفره کشیده شود، در افق رویداد کمانه می کند و به بیرون پرتاب می شود. بنابراین جریانی از مواد درخشان در سرعت های نزدیک نسبی در اطراف سیاه چاله ایجاد می شود. اگرچه سیاه چاله همچنان غیرقابل دید باقی می ماند، اما این جریان های قوی از مواد را می توان از فواصل دور مشاهده کرد.

سیاه چاله های دوتایی

در سال ۲۰۱۵، ستاره شناسان از رصدخانه LIGO (رصد خانه موج گرانشی تداخل – سنج لیزری) استفاده کردند و توانستند موج های گرانشی که از ادغام سیاه چاله های ستاره وار منتشر می شد را تشخیص دهند.

چندین نظریه در مورد چگونگی شکل گیری سیاه چاله های دوتایی وجود دارد. اولین نظریه می گوید سیاه چاله های دوتایی در زمان یکسان و از دو ستاره که با هم به دنیا آمده و با هم در یک زمان فروپاشیده می شوند، ایجاد می شوند.

بر طبق نظریه دوم، سیاه چاله هایی که در خوشه های ستاره ای قرار دارند به سمت مرکز خوشه فرو می روند و با یکدیگر جفت می شوند. مشاهدات LIGO از سیاه چاله های دوتایی شواهد قوی تری از اثبات این نظریه فراهم کرده است.

دانشمندان در حال جمع آوری آمارهای صحیح تر از سیاه چاله های دوتایی هستند تا بتوانند نظریه های موجود در رابطه با شکل گیری این اجرام را مورد بررسی قرار دهند. باید دید در آینده با جمع آوری اطلاعات بیشتر چه تعداد از این نظریه ها رد خواهد شد.

بیشتر بخوانید:

سیاهچاله ها، غول های کیهانی

منبع مقاله: www.space.com

مترجم: لیلا رضایی