حقایق علمی عجیب در مورد سیاه چاله ها

zoomit.ir - میعاد بافراست: سیاهچاله ها تنها اشیای موجود در دنیای ما هستند که می‌توانند با نیروی جاذبه‌ی خالص، نور را به درون خود جذب کنند. دانشمندان معتقدند این سیاه‌چاله‌ها زمانی به وجود می‌آیند که بقایای یک ستاره‌ی بزرگ به یکدیگر برخورد کرده و آنقدر چگالی بالا پیدا کنند که بافت فضا-زمان را در برگیرند.


سیاهچاله‌ها اجرام عجیبی هستند که حتی می‌توانند نور را نیز درون خود به تله بیاندازند. هر جسمی اگر در افق رویداد یک سیاهچاله گرفتار شود، سرنوشتی نامعلوم و تلخ در انتظار آن خواهد بود. با وجود دهه‌ها تحقیق و تلاش این اجرام همچنان ناشناخته باقی مانده‌اند.

این اجرام همچنان تعجب دانشمندان را برمی‌انگیزند. در ادامه ۱۰ حقیقت عجیب در مورد این اجرام آسمانی را مرور خواهیم کرد:

سیاهچاله‌ها مکش ندارند

برخی تصور می‌کنند که سیاهچاله‌ها همانند گردبادهای عظیمی هستند که مکش بسیار قدرتمندی دارند اما این اجرام مانند سایر جرم‌های موجود در فضا هستند که البته نیروی جاذبه‌ی بسیار قدرتمندی نیز دارند. برای مثال اگر خورشید را با یک سیاهچاله جایگزین کنید، زمین را نخواهد بلعید بلکه زمین همچنان به چرخش خود دور آن ادامه خواهد داد.


به نظر می‌رسد که سیاهچاله‌ها اجرام را می‌بلعند اما این گونه نبوده و این مورد یک باور غلط است. ستاره‌های نزدیک سیاهچاله برخی از اجرام موجود در اتمسفر خود را در فضا پخش کرده و سیاهچاله‌های گرسنه‌ی همسایه نیز آن‌ها را با نیروی جاذبه‌ به سمت خود می‌کشند و این گونه نیست که اجرام از اتمسفر یک ستاره با قدرت سیاه‌چاله در فضا پخش شوند.

اینیشتین سیاهچاله‌ها را کشف نکرده است

با وجود این که نظریه‌ی نسبیت اینیشتین وجود سیاهچاله‌ها و تشکیل آن‌ها را پیش‌بینی کرده بود اما این دانشمند آلمانی کاشف اجرام غول پیکر نیست. کارل شوارزچایلد کسی بود که از معادلات اینیشتین بهره برد و تشکیل سیاهچاله‌ها را با استفاده از ‌آن‌ها اثبات کرد.


او توانست این یافته‌ی خود را همزمان با انتشار نظریه‌ی نسبتیت عام در سال ۱۹۱۵ عمومی کند. از کارهای شوارزچایلد، معیاری برای اندازه‌گیری با نام شعاع شوارزچایلد پدید آمد که برای سنجش میزان تراکم اجرام برای تبدیل به سیاهچاله به کار می‌رود.

به دلیل حرکت سریع این مواد، دمای آن‌ها میلیاردها درجه‌ی فارنهایت بالا می‌رود، این دما می‌تواند با فرمی با نام تابش جسم سیاه، ماده را به انرژی تبدیل کند.

برای مقایسه، واکنش هسته‌ای تنها ۰.۷ درصد از ماده را به انرژی تبدیل می کند. شرایط اطراف یک سیاهچاله ۱۰ درصد جرم را به انرژی تبدیل می‌کند که تفاوتی بسیار زیاد و فاحش است.

حتی قبل از این یافته‌ها نیز جان میشل، سال‌ها قبل وجود ستاره‌های سیاه با قدرت جاذبه‌ی بسیار بالا که حتی می‌تواند نور را در تله بیاندازد را پیش‌بینی کرده بود. نام سیاهچاله در سال ۱۹۶۷ به رسمیت شناخته شده و به ثبت رسید.

سیاهچاله‌ها می‌توانند همه چیز را کش آورده و به اجرام رشته مانند تبدیل کنند

سیاهچاله‌ها قدرت عظیمی دارند که می‌توانند هر جسمی را کش آورده و به رشته‌ای مانند یک اسپاگتی تبدیل کنند. این پدیده «اسپاگتیفیکیشن» یا اسپاگتی کردن نام دارد.


این پدیده به رفتار جاذبه به نسبت فاصله بستگی دارد. در حال حاضر پای شما به هسته‌ی زمین نزدیک‌تر از سرتان است و سر شما جاذبه‌ی کمتری را تحمل می‌کند. اگر نیروی جاذبه زیاد باشد، این اختلاف در نیروی وارده واضح‌تر خواهد بود.

با کشیده شدن پا توسط سیاهچاله‌ها، بدن شما کش آمده و پا نیز به مرکز جاذبه نزدیک و نزدیک‌تر شده و با گذر زمان اختلاف نیروی وارده به پا و سر بیشتر و بیشتر می‌شود. نتیجه‌ی این کش آمدن پدیده‌ی اسپاگتی شدن است!

سیاهچاله‌ها می‌توانند جهان‌ها جدید به وجود آورند

شاید به نظر عجیب باشد که بگوییم سیاهچاله‌ها می‌توانند جهانی جدید را پدید بیاورند، چرا که حتی از وجود جهان‌های دیگر اطمینان کافی نداریم اما پایه و اساس این نظریه‌ی یکی از زمینه‌های تحقیقاتی پرطرفدار امروزی است.


مثال ساده‌ای از این نظریه‌ی جهان ما است. اگر نگاه کلی به جهان ما بکنید خواهید دید که مجموعه‌ای پیچیده از اعداد گرد هم آمده و دنیای ما را پدید آورده‌اند، کافی است یکی از این اعداد تغییر کند تا جهان ما به کلی از هم بپاشند.

یگانگی در مرکز سیاهچاله می‌تواند قوانین استاندارد فیزیکی را به هم ریخته و جهانی جدید با شرایط تغییر کرده را به وجود آورد.

سیاهچاله‌ها می‌توانند فضای اطراف خود را بکشند

فرض کنید فضا یک کاغذ بزرگ خط کشی شده با خطوط موازی است که تا سرتاسر جهان کشیده شده است. اگر جرمی را درون این کاغذ قرار دهید، شکل آن تغییر خواهد کرد.


هر چه این جرم بزرگ‌تر و سنگین‌تر باشد، بیشتر در این برگه فرو خواهد رفت، اگر این برگه کشیده شود، خطوط موازی دیگر شکل خود را از دست داده و موازی نیز نخواهند بود.

هر چقدر چاله‌ی موجود در فضا عمیق‌تر شود، این خطوط بیشتر کش آمده و شکل خود را از دست خواهند داد. سیاهچاله‌ها بزرگ‌ترین چاله‌ها را در فضا درست می‌کنند که حتی نور نیز از فرورفتن درون این چاله در امان نیست.

سیاهچاله‌ها کارخانه‌ای بزرگ از انرژی هستند

سیاهچاله‌ها می‌توانند انرژی را با بهره‌وری بیشتری نسبت به خورشید تولید کنند. دلیل این اتفاق به موادی برمی‌گردد که به دور افق رویداد یک سیاهچاله می‌چرخند. هر چقدر این این مواد به مرکز نزدیک‌تر باشند سرعت بیشتری داشته و هر چه دورتر باشند سرعت چرخش کمتری نیز خواهند داشت.


به دلیل سرعت بالای چرخش مواد دمای آن‌ها تا میلیون‌ها درجه‌ی فارنهایت بالا می‌رود. این دمای بالا در فرمی با نام تابش جرم‌سیاه می‌تواند ماده را به انرژی تبدیل کند.

برای مقایسه باید گفت که واکنش هسته‌ای تنها ۰.۷ درصد از ماده را به انرژی تبدیل می‌کند و این در حالی است که دمای مذکور می‌تواند ۱۰ درصد از ماده را تبدیل به انرژی کند، این اختلاف بسیار چشمگیر و اعجاب‌آور است.

سیاهچاله‌ای با جرم بسیار زیاد در مرکز کهکشان ما قرار دارد

دانشمندان معقتدند در مرکز هر کهکشانی از جمله کهکشان ما یک سیاهچاله‌ی بزرگ با جرم بسیار زیاد وجود دارد. این سیاهچاله‌ها در واقع دلیل نظم و حفظ شدن اجزای مختلف یک کهکشان در کنار یکدیگر هستند.


سیاهچاله‌ی موجود در مرکز کهکشان راه شیری جرمی معادل چهار میلیون برابر خورشید داشته و نام آن Sagittarius A است. این سیاهچاله که در فاصله‌ی ۳۰ هزار سال نوری زمین قرار دارد، در حدود دو میلیون سال قبل انفجاری عظیم را تجربه کرده که به گفته‌ی دانشمندان از روی زمین نیز قابل مشاهده بوده است. این سیاهچاله در حال حاضر پایدار و مستحکم است.

سیاهچاله‌ها سرعت حرکت زمان را کاهش می‌دهند

برای درک بهتر این موضوع مثال دوقلوها رو مطرح می‌کنیم. یکی از این دوقلوها در زمین به زندگی خود ادامه می‌دهد و دیگری به فضا رفته و با سرعتی بالا در حال حرکت در آن است. با بازگشت برادری که در فضا بوده متوجه می‌شوید که او جوان‌تر بوده و زمان کمتری از عمرش گذشته چرا که هر چه سرعت چرخش بیشتر باشد زمان با سرعت کمتری به جلو می‌رود.


با رسیدن به افق رویداد یک سیاهچاله، این بخش سرعت بسیار زیاد و عجیبی دارد و می‌تواند سرعت حرکت کردن زمان رو به جلو را کاهش دهد.

سیاهچاله‌ها با گذر زمان بخار می‌شوند

این کشف در سال ۱۹۷۴ ابتدا توسط استفن هاوکینگ پیش‌بینی شده بود، به این دلیل پدیده‌ی مورد نظر را تابش هاوکینگ می‌نامند.


تابش هاوکینگ باعث می‌شود که جرم سیاهچاله در فضا-زمان پخش شود. این کار تا زمانی ادامه می‌یابد، که سیاهچاله از بین برود، به این دلیل تابش هاوکینگ با نام تبخیر سیاهچاله نیز شناخته می‌شود.

از لحاظ تئوری هر جرمی می‌تواند تبدیل به سیاهچاله شود

تنها تفاوت یک سیاهچاله‌ با خورشید در این است که هسته‌ی یک سیاهچاله از موادی با چگالی بسیار زیاد تشکیل شده که به آن نیروی جاذبه بسیار قوی می‌بخشد. میدان جاذبه‌ی آن باعث می‌شود تا حتی نور نیز جذب شده و سیاهچاله‌ها از دید محو شوند.


اگر خورشید را با جرم کنونی خود فشرده کرده و قطر آن را به ۶ کیلومتر برسانید، جرم آن به قدری افزایش خواهد یافت که بتواند به یک سیاهچاله تبدیل شود. این نظریه را می‌توان حتی روی زمین و حتی بدن انسان نیز پیاده کرد یعنی هر جرمی را فارغ از وزن آن می‌توان به یک سیاهچاله تبدیل کرد.

اما در دنیای واقعی تنها یک انفجار می‌تواند سیاهچاله را پدید آورد و آن انفجار گرانشی ستاره‌ای با جرمی بیش از ۲۰ تا ۳۰ برابر خورشید است.

zoomit.ir - وحید خامسی: سیاه چاله‌ها هیولاهای غول پیکر کیهانی هستند با گرانشی آن‌چنان قدرتمند که حتی نور هم توانایی فرار از میدان جاذبه‌ی آن‌ها را ندارد، اما هر کدام از این هیولاهای تاریک شکل و رفتاری مختص به خود دارند، از سیاه چاله‌ای به کوچکی ستاره‌ای معلق در نامتناهی فضا تا غولی گرسنه که کهکشانی را بر دور خود می‌چرخاند؛ همراه زومیت باشید.

۱. بزرگترین سیاه چاله‌ها


تقریباً در مرکز تمام کهکشان‌ها سیاه چاله‌ای عظیم با جرمی از میلیون‌ها تا میلیاردها برابر خورشید ما قرار گرفته است. به تازگی دانشمندان دو عدد از بزرگترین سیاه چاله‌های جهان را در دو کهکشان مجاور کشف کرده‌اند. یکی از این کهکشان‌ها به نام NGC 3842 درخشان‌ترین کهکشان در خوشه‌ی لئو است که نزدیک به ۳۲۰ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. در مرکز این کهکشان سیاه چاله‌ای با ۹.۷ میلیارد برابر جرم خورشید قرار گرفته است. اما در سوی دیگر ما و در مرکز کهکشان NGC4889 سیاه چاله‌ای با جرمی بیشتر از سیاه چاله‌ی قبلی قرار گرفته است. این کهکشان درخشان‌ترین کهکشان خوشه‌ی کُما است که در فاصله‌ی ۳۳۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارد. محدوده‌ی گرانشی یا افق رویداد این سیاه چاله‌ها حدود پنج برابر فاصله‌ی خورشید از پلوتون است یعنی اگر نور یا هر چیز دیگر از فاصله‌ای به اندازه‌ی پنج برابر فاصله‌ی خورشید تا پلوتون به این سیاه چاله نزدیک شود در دام جاذبه‌ی آن اسیر خواهد شد. برای مقایسه بد نیست بدانید سیاه چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری قرار گرفته، جرمی ۲۵۰۰ برابر کمتر از این سیاه چاله‌ها دارد و افق رویداد آن فقط یک پنجم مدار عطارد است.

۲. کوچکترین سیاه چاله


کوچکترین سیاه چاله‌ی کشف شده تا به امروز ممکن است کمتر از سه برابر خورشید ما جرم داشته باشد. این هیولا که رسما به IGR J17091-3624 نامگذاری شده است کمترین جرم تئوریکی که برای به وجود آمدن یک سیاه چاله‌ی با ثبات نیاز است را در خود جای داده است. اما مسئولیت سیاه چاله‌ها فقط خوردن مواد اطراف خود نیست بلکه گاهی آن‌ها توده‌هایی از باد و گاز را با سرعت زیاد به بیرون از کهکشان شلیک می‌کنند و بدین وسیله گازهای میان کهکشانی را به اطراف کهکشان فرستاده و ستاره‌هایی جدید ایجاد می‌کنند. سیاهچاله‌ای به این کوچکی می‌تواند بادهایی با سرعت ۳۲ میلیون کیلومتر در ساعت از خود خارج کند که بیشتر از ۱۰ برابر سرعت بادهای خروجی است که توانسته‌ایم از سیاه چاله‌ای با جرم ستاره‌ای ثبت کنیم.

۳. سیاهچاله‌های هم‌نوع خوار


سیاه چاله‌ها هر بخت برگشته‌ای که به آن‌ها نزدیک شود را خواهند بلعید حتی اگر آن سیاه چاله‌ای دیگر باشد. به تازگی دانشمندان برای نخستین بار هیولایی را در مرکز یک کهکشان یافته‌اند که از بدن هیولایی دیگر تغذیه می‌کند. دانشمندان توانسته‌اند آخرین مرحله‌ی ادغام دو کهکشان با جرم برابر به یکدیگر را مشاهده کنند. این مرحله ادغام بزرگ نامیده می‌شود، قبل از این مرحله ادغام کوچک اتفاق افتاده ولی میلیون‌ها سال قبل از زمانی بوده که بتوانیم آن را رصد کنیم. با استفاده از رصد خانه‌ی اشعه‌ی X چاندرا محققان ناسا این دو سیاه چاله را در مرکز کهکشان دوبل NGC3393 کشف کرده‌اند. یکی از این سیاه چاله‌ها حدود ۳۰ میلیون برابر خورشید ما جرم دارد و دیگری جرمی حداقل ۱ میلیون برابر خورشید را در خود جای داده است. فاصله‌ی این دو فقط ۴۹۰ سال نوری است.

۴. پیرترین سیاه چاله‌ی شناخته شده


پیرترین سیاه چاله‌ی کشف شده تا کنون سیاه چاله‌ای با نام ULAS J1120+0641 است که در حدود ۷۷۰ میلیون سال پس از مهبانگ متولد شده است. سن ۱۳ میلیارد ساله‌ی این سیاه چاله چالشی را در برابر فیزیکدانان کیهانی قرار داده است، چگونه سیاه چاله‌ای با ۲ میلیارد برابر جرم خورشید می‌تواند به سرعت پس از انفجار بزرگ به وجود بیاید و تا به امروز نیز زنده بماند.

۵. سرکش‌ترین سیاه چاله


وقتی کهکشان‌ها به هم برخورد می‌کنند سیاه چاله‌ها می‌توانند از کهکشان خود به بیرون پرتاب شوند، و آزادانه در فضا پرسه زده و به اجرام فضایی ناخنک بزنند. سیاه چاله‌ی رام نشدنی SDSSJ0927+2943 با جرم ۶۰۰ میلیون برابر خورشید و سرعت ۹.۵ میلیون کیلومتر در ساعت در فضا پرسه می‌زند. ممکن است صدها سیاه چاله‌ی دیگر در اطراف کهکشان راه شیری سرگردان باشند ولی به دلیل ماهیت تاریک هنوز نتوانسته‌ایم نشانه‌ای از آن‌ها کشف کنیم.

۶. سیاه چاله‌ی میان وزن


از مدت‌ها پیش دانشمندان تصور مر‌کردند که سیاه چاله‌ها در سه اندازه‌ی کوچک، متوسط و بزرگ به وجود می‌آیند. سیاه‌چاله‌های کوچک جرمی چند برابر خورشید دارند و سیاه چاله‌هایی بزرگ با جرمی میلیون‌ها و میلیاردها برابر خورشید در قلب کهکشان‌ها قرار گرفته‌اند، همانطور که سیاه چاله‌ای با جرم چهار میلیون برابر خورشید در مرکز کهکشان راه شیری قرار گرفته است. اما حال سیاه چاله‌هایی با اندازه‌ی متوسط مدت‌ها بود که فراموش شده بود، به تازگی دانشمندان سیاه چاله‌ای میان وزن به نام HLX-1 (منبع بیش از حد درخشان اشعه‌ی X یک) را در فاصله‌ی ۲۹۰ میلیون سال نوری از زمین کشف کرده‌اند که به نظر می‌رسد جرمی حدود ۲۰ هزار برابر خورشید را در خود جای داده است. تصور می‌شود سیاه چاله‌های متوسط آجرهای ساخت سیاه چاله‌های عظیم باشند، بنابراین درک بیشتر از رفتار آن‌ها می‌تواند به شناخت بیشتر آن هیولاهای غول پیکر و کهکشان‌هایی که در احاطه‌ی آن‌ها تکامل یافته‌اند منجر شود.

۷. سیاه چاله‌های چرخنده


سیاه چاله‌ها می‌توانند بافت فضای اطراف خود را در سرعت‌ها فوق‌العاده‌ای بچرخانند. سیاه چاله‌ای به نام GRS 1915+105 در صورت فلکی Aquila (عقاب) و در فاصله‌ی ۳۵ هزار سال نوری از زمین، با سرعتی بیشتر از ۹۵۰ دور در ثانیه به دور خود می‌چرخد و اجسامی که در لبه‌ی افق رویداد این سیاه چاله قرار می‌گیرند را با سرعت بیشتر از ۵۳۶ میلیون کیلومتر در ساعت به دور خود می‌چرخاند، که در حدود نیمی از سرعت نور است.

۸. سیاه چاله‌ی تیرانداز


سیاه چاله‌ها برای مکیدن مواد ساخته شده‌اند اما آیا می‌دانید که به همان خوبی که مواد به درون سیاه چاله فرو می‌ریزند، می‌توانند از آن به بیرون پرتاب شوند؟ مشاهدات سیاه چاله‌ای به نام H1743-322 را در فاصله‌ی ۲۸ هزار سال نوری از زمین، با جرم پنج تا ده برابر خورشید نشان داده‌اند که پس از خوردن ستاره‌ی همسایه مقداری از مواد آن را به بیرون شلیک می‌کند. این تُف غول آسا از گاز و پلاسما با سرعتی نزدیک به یک چهارم سرعت نور به بیرون پرتاب می‌شود.

۹. درخشان ترین سیاه چاله


اگرچه همانطور که از نامشان بر می‌آید سیاه چاله‌ها به علت کشش گرانشی قوی اجازه‌ی خروج نور را نداده و در نتیجه مستقیماً دیده نمی‌شوند، اما بعضی از سیاه چاله‌ها قلب کوازارها را تشکیل می‌دهند؛ نورانی ترین، قدرتمندترین و پرانرژی ترین شگفتی جهان. پس از آنکه سیاه‌چاله‌ای در مرکز یک کهکشان مقادیر زیادی از گاز و غبار اطراف را به درون خود می‌کشد مقدار عظیمی از انرژی آن‌ها می‌تواند فوران کند و کوازاری را تشکیل دهد. پیش از این از کوازار به عنوان یکی از عجیب‌ترین رازهای فضا نامبرده بودیم، درخشان‌ترین کوازاری که توانسته‌ایم در محدوده‌ی قابل مشاهده ببینیم 3C 273 نامیده می‌شود که حدود ۳ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد.

۱۰. سیاه چاله‌ها در زمین


خوشبختانه سیاه چاله‌ها به حدی از زمین دور هستند که نگرانی بابت آن‌ها نداشته باشیم اما این فاصله‌ی دور مشکلاتی در راه به دست آوردن اطلاعات از آن‌ها ایجاد می‌کند. در راه کشف سرنخ‌هایی از ماهیت این اجرام عجیب، محققان بر روی خواص مبهمی از سیاه چاله‌ها بر روی زمین تحقیق می‌کنند. به عنوان مثال سیاه چاله‌ها دارای گرانشی آن‌چنان قدرتمند هستند که هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند پس از سقوط در مرزی که به نام افق رویداد شناخته می‌شود، از میدان گرانش آن‌ها فرار کند. دانشمندان در آزمایشگاه و با استفاده از فیبر نوری توانسته‌اند این افق رویداد را به صورت مصنوعی به وجود آورند، همچنین آن‌ها بر روی تابش هاوکینگ که راهی برای فرار ماده از سیاه چاله و تولد دوباره‌ی جهان است کار می‌کنند.