سیاه چاله فضایی
سیاه چاله چیست و چگونه به وجود آمده ؟
سیاه چاله فضایی
سیاه چاله فضایی از عجیب‌ترین و جذاب‌ترین اجرام در فضا هستند. آن‌ها بسیار متراکم هستند و چنان گرانش قدرتمندی دارند که حتی نور نیز نمی‌تواند از چنگ آن‌ها فرار کند. در این مقاله قصد داریم سیاه چاله را به صورت مفصل بررسی کنیم.
ابتدا به این سوال پاسخ می‌دهیم که سیاه چاله چیست، چه انواعی دارد و چگونه به وجود می‌آید. در ادامه به بررسی ساختار و ویژگی‌های این چاله مرموز فضایی می‌پردازیم
سیاه چاله چیست ؟
سیاه چاله ها را می‌توان به یک چاله در فضا-زمان تشبیه کرد. فضا-زمان در حقیقت تاروپود عالم ماست. ما در نظریه نسبیت عام، زمان را به عنوان بعد چهارم در نظر می‌گیریم و زمان و مکان را به هم مرتبط می‌کنیم. گرانش در این نظریه یک نیرو نیست، بلکه انحنای فضا-زمان است که توسط جرم ایجاد می‌شود.
فضا-زمان را همانند بافت نرم و لاستیکی یک ترامپولین یا تشک پرش در نظر بگیرید. در این صورت یک جرم فضایی همانند یک توپ بولینگ است که روی سطح آن قرار می‌گیرد. توپ باعث ایجاد یک گودی در سطح بافت لاستیکی می‌شود و اجرام کوچک‌تر را به داخل این گودی جذب می‌کند.
این دقیقاً همان کاری است که یک سیاه چاله در عالم انجام می‌دهند. از آنجایی که اعتقاد بر این است که سیاه چاله‌ها چگالی – نسبت جرم به حجم – بی‌نهایت دارند، می‌توان گفت این چاله‌های فضایی انتهایی ندارند.
سیاه چاله چیست ؟
کشف سیاه چاله ها
نظریه «نسبیت عام»، که در سال 1915 «آلبرت آینشتاین» ارائه داد، وجود سیاه چاله‌ها را پیش‌بینی می‌کند. با این حال، اولین بار جی. رابرت اوپنهایمر و هارتلند اسنایدر بودند که در سال ۱۹۳۹ وجود چاله‌هایی در فضا را با مشخصات سیاه چاله‌هایی که امروز می‌شناسیم توصیف کردند.
جنگ جهانی دوم باعث شد تا اوپنهایمر و دیگر اخترشناسان و فیزیکدانان موضوع سیاهچاله‌ها را به فراموشی بسپارند. سیاهچاله‌ها عمدتاً به‌لطف تلاش‌های «جان ویلر» در ایالات‌متحده و «دنیس سیاما» در بریتانیا بعد از جنگ به صحنه بازگشتند.
بلاخره در سال 1964 ، با پیشرفت علم اخترشناسی رادیویی، اولین سیاه چاله با نام «Cygnus X-1» متعلق به صورت فلکی «Cygnus» در کهکشان راه شیری شناسایی شد. در آن زمان اخترشناسان تابش‌های قوی از اشعه ایکس را شناسایی کردند.
در سال 1971 تشخیص دادند این تابش متعلق به ستاره‌ای است که به دور یک جسم تاریک با جرم عظیم در حال چرخش است. آن‌ها حدس زدند پرتوهای ایکس در نتیجه بلعیده شدن ستاره توسط این جسم پرجرم تولید می‌شود و از آنجا که این جسم قابل رصد نبود، آن را «سیاه چاله» نامیدند.
اولین عکس کشف شده از سیاه چاله فضایی
سیاه چاله چگونه به وجود می آید ؟
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.
１. 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.
کشف سیاه چاله
２. 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.
３. سیاه چاله های کلان جرم
سیاه چاله های کلان جرم یا ابر سیاه چاله ها را می‌توان در مرکز کهکشان‌ها پیدا کرد. این دسته از سیاه چاله ها چندین میلیون تا چندین میلیارد برابر خورشید جرم دارند.
نظریه‌های متعددی در مورد نحوه شکل‌گیری این سیاه چاله ها وجود دارند که برخی از معتبرترین‌ها را باهم بررسی می‌کنیم.
برخی عقیده دارند چاله های فضایی کلان جرم از ترکیب هزاران سیاه چاله ستاره‌ای یا میان جرم تشکیل می‌شوند. نظریه دوم فروپاشی ابرهای گرد و غبار است که در اثر نیروی گرانشی شدید به توده‌ای متراکم تبدیل می‌شوند.
گزینه سوم فروپاشی خوشه‌های ستاره‌ای است که در یک ناحیه از فضا و به صورت تقریباً همزمان رخ می‌دهد. در نظریه چهارم، دانشمندان تشکیل سیاه چاله‌های پرجرم در فضا از توده‌های ماده تاریک را محتمل می‌دانند.
ماده تاریک را نمی‌توان از طریق تابش‌های الکترومغناطیس رصد کرد، بلکه تنها از طریق اثرات گرانشی در فضا می‌توان به حضور آن پی برد. با این‌حال، هنوز نمی‌دانیم ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است زیرا همانطور که گفته شد، از خود نور ساطع نمی‌کند و مستقیماً قابل مشاهده نیست.
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.
آیا سیاه چاله ها مرگ را تجربه می‌کنند ؟
هاوکینگ در مطالعات خود بر روی این اجرام مرموز کیهانی نشان داد سیاه چاله‌ها برای همیشه زنده نمی‌مانند و درنهایت به شکلی بسیار کند و آهسته تبخیر می‌شوند. او نشان داد تابش هاوکینگ سبب کاهش جرم سیاه چاله در بلند مدت می‌شود و سیاه چاله‌هایی که به طور فعال در حال جذب گاز و غبار موجود در اطراف خود نیستند، به آرامی کوچک شده و درنهایت ناپدید می‌شوند.
اما در نظر داشته باشید که بازه زمانی مورد نیاز برای این تبخیر چنان زیاد است که در تصور نمی‌گنجد. برای مثال، تبخیر کامل سیاه چاله کلان جرم می‌تواند ۱۰۱۰۰ سال طول بکشد!
