سیاه چاله ها ، یک چاله توخالی یا یک حجم متراکم

سیاه چاله ها ، یک چاله توخالی یا یک حجم متراکم

- فایل گپ

اجازه ندهید نام این چاله فضایی شما را فریب دهد:

نام سیاه چاله در ابتدا تصویری از یک چاله تو خالی به ذهن منتقل میکند و گمان میکنید سیاه چاله چیزی جز فضای خالی نیست. اما بر خلاف نامش مقدار زیادی ماده است که در یک منطقه بسیار کوچک جمع شده است و جرمی فرا تر از تصورات ما دارد. در ابتدا بیایید یک حجم شناخته شده را تصور کنیم مانند زمین، کره زمین برای ما بسیار بزرگ است اما ایا در منظومه شمسی هم زمین همین قدر برو بیا دارد؟  برای فهمیدن این موضوع بهتر است نگاهی به یکسری عدد و رقم بیاندازیم

مقایسه نسبت های زمین و خورشید:

  • قطر خورشید در حدود 1,391,000 کیلومتر است، یعنی تقریباً 109 برابر قطر کره زمین.
  • سطح خورشید برابر است با 1012×6.09 کیلومتر مربع یعنی در حدود 12,000 برابر مساحت کره زمین! ( حساب کنید اگر کره زمین اندازه خورشید بود چقدر زمین برای فروش ارزان بود !!!)
  • حجم خورشید برابر است با 1018×1.41 کیلومتر مکعب. به عبارت دیگر، حدود 1,300,000 کره زمین در خورشید جا می شود!
  • جرم خورشید برابر است با 1030×1.9885 کیلوگرم. اگر خورشید را بر روی یک کفه ترازو قرار دهیم، در کفه دیگر، حدود 333,000 کره زمین باید قرار دهیم تا ترازو در وضعیت تعادل قرار گیرد.

جرم سیاه چاله ها ، کوچک اما سنگین

با این عدد و ارقام میفهمیم که جرم خورشید حدود %99.8 جرم کل منظومه شمسی را شامل می شود پس خورشید واقعا عظیم است، البته برای ما، زیرا در کائنات خورشید ما جزء ستاره های تقریبا کوچک است. اما برگردیم بر سر چاله ای که از روی نامش قضاوتش کردیم! تصور کنید ستاره ای ده برابر بزرگتر از خورشید است با اعداد و ارقام بالا خودتان حساب کنید چه شود!  حالا این غول را آنقدر فشرده کنید که در کره ای به قطر تقریباً مشهد خودمان جا شود البته مشهد قبل از تقسیمات استانی جدید و با همان جرم ده برابری نسبت به خورشید. نتیجه یک میدان گرانشی آنقدر قوی است که هیچ چیز حتی نور، نمی تواند از آن خارج شود و هیچ یک از قوانین فیزیک کلاسیک بر آن حاکم نیست. در سال های اخیر، ابزارهای ناسا تصاویر جدیدی از این اجسام عجیب و غریب ترسیم کرده اند که برای بسیاری از مردم این اجرام را تبدیل به جذاب ترین اجسام فضایی کرد.

- فایل گپ

نظریه وجود یک جسم در فضا که به قدری عظیم و متراکم باشد که نور نتواند از آن فرار کند قرنهاست که وجود دارد. در میان این نظریه ها مشهورترین آنها  نظریه نسبیت عام اینشتین می باشد که به وسیله آن وجود سیاه چاله ها اثبات شده بود، این نظریه نشان می داد که وقتی یک ستاره عظیم می میرد، یک هسته کوچک و متراکم باقی می گذارد. معادلات نشان می دهند که اگر جرم هسته بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، نیروی گرانش بر همه نیروهای دیگر غلبه کرده و سیاهچاله ایجاد می کند.

دانشمندان نمی توانند سیاه چاله ها را مستقیماً با تلسکوپ هایی که اشعه ایکس، نور یا سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی را تشخیص می دهند مشاهده کنند. با این حال، میتوان وجود سیاه چاله ها را استنباط کرده و با تشخیص تأثیر آنها بر سایر مواد مجاور، آنها را مطالعه کرد. به عنوان مثال اگر یک سیاهچاله از میان ابری از ماده بین ستاره ای عبور کند، در فرآیندی که به عنوان تراکم شناخته می شود، ماده را به داخل می کشد. اگر یک ستاره معمولی از نزدیک یک سیاهچاله عبور کند، میتواند یک روند مشابه همین حالت رخ دهد. به این صورت که سیاهچاله می تواند ستاره را با جاذبه عظیمی که دارد به سمت خود بکشد و تمامی جرم آن را در خود جذب نماید. با جذب و گرم شدن ماده جذب شده، اشعه ایکس تولید شده از فروپاشی ستاره به فضا ساطع می شود.

اکتشافات اخیر شواهد حیرت انگیزی ارائه می دهد که سیاهچاله ها تأثیر چشمگیری بر محیط اطراف خود دارند مانند ساطع شدن انفجارهای پرتوی گاما، بلعیدن ستارگان مجاور و  همینطور تحریک رشد ستاره های جدید در برخی مناطق بر اثر نیروی گرانشی البته با در نظر گرفته فاصله، یعنی اگر ستاره ای بیش از انداره به سیاه چاله نزدیک شود امکان بلعیده شدن توسط آن را دارد اما اگر در فاصله مناسبی قرار داشته باشد میتواند به واسطه وجود میدان گرانشی شرایطی همچون خورشید و سیارات منظومه شمسی ایجاد کند در واقع همان دوری و دوستی!

- فایل گپ

مرگ فرشته و تولد اهریمن

ستارگانی که جرم کم یا متوسط دارند در مراحل پایانی عمر خود به عنوان ستاره تبدیل به غول های سرخ شده و مدت زمان زیادی را به همان شکل سپری کرده و به آرامی میگذرانند تا کم کم سرد شده و خاموش میشوند اما ستارگان بزرگتر با اندازه تقریبا سه برابر جرم خورشید به طریقی ظاهرا عجیب می میرند و به اجرامی با ویژگیهای عجیب تر تبدیل می شوند. ستارگان بزرگ در انتهای عمر خود منفجر شده و ابر نواختر تشکیل میدهند سپس بقایای حاصل از ابر نواختر در برخی مواقع که باز هم جرم کافی ندارند  متراکم شده و تبدیل به ستاره های نوترونی می شوند با اینکه این ستاره ها جرم بسیار زیادی دارند اما باز هم جاذبه آنها به قدری نیست که نور را در دام گرانشی خود گرفتار کنند، اما اگر جرم لازم وجود داشته باشد (بیش از 3 برابر جرم خورشید ) می توان از لحاظ نظری ثابت کرد که هیچ نیرویی نمی تواند از چنگ چنین گرانش عجیبی فرار کند و در این حالت اتفاق عجیبی رخ میدهد.

بیایید یک نگاه کوتاه به نظریه نسبیت عام اینشتین بیاندازیم. بر اساس این نظریه اگر دو ماده یکسان با جرم یکسان را در برابر دو میدان گرانشی، یکی قوی و دیگری ضعیف قرار دهیم زمان برای ماده ای که در برابر میدان جاذبه قوی تر قرار دارد کندتر سپری میشود و هر چه این میدان قوی تر باشد زمان کندتر شده تا جایی که زمان از حرکت می ایستد.

حال بر گردیم بر سر داستان ستاره در حال مرگ خودمان، گفتیم که پس از ابر نواختر مواد باقی مانده از ستاره شروع به متراکم شدن می کنند و انقدر متراکم میشوند که تبدیل به ستاره نوترونی می شوند در این حالت زمان روی ستاره نوترونی بسیار کند تر از زمان ما سپری می شود  حال اگر جرم این مواد به قدر کافی زیاد باشد از این مرحله هم فراتر رفته و باز هم تراکم مواد بر اثر جاذبه بسیار زیاد و شگفت انگیز موجود ادامه پیدا میکند تا جایی که سطح مواد حاصل از مرگ ستاره به اندازه نظری افق رویداد میرسد در این مرحله زمان در ستاره مرده از حرکت باز می ماند و دیگر امکان فروپاشی هسته ستاره وجود ندارد و این ستاره مرده، یخ زده از گذر زمان، تا بی نهایت زمان به همین شکل باقی می ماند و سیاه چاله نامیده میشود. اهریمن متولد شد!!!

- فایل گپ

راز اهریمن !!!

اگرچه فرایند اصلی شکل گیری یک سیاه چاله از لحاظ نظری قابل درک است، اما یک راز همیشگی در شناخت سیاهچاله ها این است که به نظر می رسد آنها از نظر اندازه در دو مقیاس کاملاً متفاوت در کائنات وجود دارند. در یک طرف، سیاهچاله های بی شماری وجود دارد که بقایای ستارگان عظیم هستند. این سیاهچاله ها که “جرم ستاره ای”  یا “stellar mass” نامیده میشوند در سراسر کائنات پراکنده شده اند، و جرم آنها  10 تا 24 برابر خورشید است. ستاره شناسان فقط وقتی که ستاره دیگری به اندازه کافی به سیاه چاله نزدیک شود و بخشی از ماده اطراف آن توسط گرانش سیاه چاله به دام بیفتد، آنها را تشخیص می دهند و اشعه ایکس منتشر شده در این فرایند را مطالعه میکنند. با این حال ، تشخیص بیشتر سیاه چاله های ستاره ای بسیار دشوار است. با توجه به تعداد ستاره هایی که به اندازه کافی برای تولید چنین سیاهچاله هایی وجود دارد، دانشمندان تخمین می زنند که تنها در کهکشان راه شیری ده میلیون تا یک میلیارد سیاه چاله وجود دارد.

اما در سوی دیگر ماجرا، غول هایی وجود دارند که به سیاه چاله های “کلان جرم” یا “super massive” معروف هستند، که میلیون ها برابر و در برخی موارد میلیاردها برابر خورشید جرم دارند. ستاره شناسان معتقدند که سیاه چاله های کلان جرم تقریباً در مرکز همه کهکشان های بزرگ، حتی راه شیری خود ما قرار دارند. اما ستاره شناسان فقط می توانند با مشاهده اثرات آنها بر روی ستارگان و گازهای مجاور آنها را تشخیص دهند. یکی از مکانیزم های احتمالی برای شکل گیری سیاه چاله های عظیم شامل واکنش زنجیره ای برخورد ستارگان در خوشه های ستاره ای فشرده است که منجر به تجمع ستارگان بسیار عظیم می شود، که سپس فرو می ریزند و سیاهچاله های با جرم متوسط را تشکیل می دهند. سپس خوشه های ستاره ای به مرکز کهکشان فرو می روند، جایی که سیاهچاله های با جرم متوسط با هم ادغام می شوند و یک سیاهچاله کلان جرم را تشکیل می دهند، اما نقطه تاریک ماجرا اینجاست که ستاره شناسان مدتهاست معتقدند که هیچ سیاهچاله ای با اندازه متوسط وجود ندارد.

با این حال، به تازگی شواهدی از طریق تلسکوپ های Chandra ، XMM-Newton و Hubble به دست آمده که وجود سیاه چاله های متوسط را تقویت می کند، سیاه چاله های متوسط جرمی بیشتر از سیاه چاله های ستاره ای و کمتر از سیاه چاله های کلان جرم دارند. البته نوع دیگری از سیاه چاله ها وجود دارد که “ابر جرم” یا “ultra massive” نامیده میشوند که جرم آنها ده ها میلیارد برابر جرم خورشید است که بررسی آنها طی مقاله دیگری در فایل گپ خدمت شما کاربران گرامی ارایه میگردد.

- فایل گپ

سیاه چاله ها هر چیزی که در مدار گرانشی آنها قرار بگیرد را به سمت خود می کشند و آن را جذب خود میکنند و با این کار سیاه چاله ها بزرگ و بزرگ تر شده و جرم آنها به اندازه جرم موادی که به داخل خود کشیده اند افزایش پیدا میکند و گرانش آنها بیشتر می شود. سیاه چاله ها آخرین اجرامی هستند که در کائنات وجود خواهند داشت و تا ابد می مانند حتی زمانی که دیگر ستاره ای روشن نیست و کائنات در تاریکی مطلق فرو رفته است باز هم آنها به بلعیدن جهان ادامه میدهند و بزرگ و بزرگ تر می شوند.