سین مثل سیاهچاله

       

سیاهچاله ناحیه ای از فضا است که میدان گرانشی فوق العاده بالایی دارد بطوری که هیچ چیز حتی نور هم نمی تواند از میدان گرانشی آن بگریزد. در سیاهچاله ناحیه ای به نام افق رویداد تعریف می شود که هیچ چیزی بعد از وارد شدن به آن قادر به بازگشت نیست. در واقع سیاهچاله آن را می بلعد و این یکی از اسرار سیاهچاله هاست که دانشمندان روی چگونگی آن به پژوهش می پردازند.
سیاهچاله ها به قدری متراکمند که اگر کل کره ی زمین قطرش به ۰.۹ سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل می گردد. در واقع اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کنیم آن جسم به یک سیاهچاله تبدیل می شود.
در سال ۱۹۱۶ (میلادی)، ستاره شناس آلمانی کارل شوارتز شیلد شواهدی یافت که نشانگر یک سیاهچاله کروی بود. او نشان داد که اگر جرم یک ستاره در ناحیه ای به اندازه کافی کوچک متمرکز شود، میدان گرانشی در سطح ستاره چنان قوی می شود که حتی نور توان گریز از آن را ندارد و این همان چیزی است که هم اکنون سیاهچاله می نامیم.
بر طبق تعریف، هرگاه یک جسم شعاعش از شعاع شوارتز شیلد خودش کمتر شود به یک سیاهچاله تبدیل شده است.
حال بیایید از زاویه دیگری به بررسی این موضوع بپردازیم. یک سیاهچاله اغلب شی ای تعریف می شود که سرعت گریز آن حتی از سرعت نور بیشتر است. سرعت گریز حداقل سرعت ممکن برای یک جسم است تا بتواند از میدان گرانشی جسمی دیگر فرار کند. برای درک بهتر موضوع تصور کنید روی سطح یک سیاره ایستاده اید و سنگی را مستقیما به بالا پرتاب می کنید. فرض کنید که سنگ را با قدرت زیادی پرتاب نکرده باشید سنگ برای مدتی بالا خواهد رفت اما در نهایت به خاطر گرانش سیاره پایین خواهد افتاد. اگر سنگ را به اندازه کافی محکم پرتاب کنید سنگ ممکن است از گرانش سیاره بگریزد در این حالت سنگ برای همیشه به بالا رفتن ادامه خواهد داد. سرعتی که نیاز است با آن سنگ را پرتاب کنید تا از گرانش سیاره بگریزد سرعت گریز نامیده می شود. برای مثال سرعت گریز برای خورشید ۶۶۰ کیلومتربر ثانیه است. بدین ترتیب هر چه جرم افزایش می یابد و شعاع کاهش می یابد و به طور کلی هرچه جسم چگال تر باشد سرعت گریز نیز افزایش می یابد. به راحتی می توان حدس زد که سرعت گریز برای یک سیاهچاله با جرمی حدود چند میلیون برابر خورشید چقدر است.

اگر تابعی در یک نقطه تعریف نشده باشد یعنی در آن نقطه پیوسته نباشد، این تابع در آن نقطه تکینگی دارد. به مرکز یک سیاهچاله که تمام جرم سیاهچاله آنجا متراکم شده و چگالی آنجا بی نهایت است نیز تکینگی گفته می شود و این امر به همان دلیل ریاضی است چون سیاهچاله را ستاره ای در نظر می گیریم که تمام جرم آن پس از رمبش در حجمی در حد صفر متراکم شده (یعنی به سمت صفر میل می کند) که باعث می شود چگالی بی نهایت بشود و یک ناپیوستگی و تکینگی در آن نقطه از فضا بوجود آید. مطمئنا سرعت گریز سیاهچاله ها بیشتر از سرعت نور است در نتیجه هیچ چیز نمی تواند از آن فرار کند.

در اطراف تکینگی کره فرضی به نام افق رویداد وجود دارد که «نقطه بدون بازگشت» را مشخص می کند. مرزی که هرچیزی که از آن عبور کند به ناچار به سمت تکینگی هدایت می شود. رفتار تکینگی اصلا قابل توصیف و درک نیست. به همین دلیل راجر پنروز و همکارانش قانونی به نام قانون مراقبت کیهانی پیشنهاد دادند که بر اساس آن تکینگی عریان (تکینگی بدون افق رویداد) وجود ندارد. یعنی همه تکینگی ها باید بوسیله یک افق رویداد پوشیده شده باشند چون یک تکینگی عریان می تواند تمام جهان را به طور بی قاعده و غیرقابل پیش بینی تحت تاثیر قرار بدهد.

برطبق نسبیت عام فضای اطراف افق رویداد به شدت تاب برمی دارد.مقدار تاب برداشتن به جرم سیاهچاله بستگی دارد و هر چه جرم بیشتر باشد مقدار آن بیشتر خواهد بود. از آنجاییکه سیاه چاله هیچ نوری از خود بیرون نمی دهد تنها براساس همین تغییر فضای اطراف آن است که ما می توانیم وجود آنرا بطور غیرمستقیم ردیابی کنیم. درواقع مابا مشاهده اثر آن بر مواد بیرون از افق رویداد می توانیم تاحدودی آنرا تشخیص دهیم. سیاهچاله مواد اطراف خود را به شدت جذب می کند واین مواد جذبی قبل از برخورد با آن به دلیل سرعت سقوط فوق العاده زیاد پرتوهای ایکس گاما و امواج رادیویی گسیل می کنند.

این گمان وجود دارد که در مرکز کهکشانها سیاهچاله های ابر سنگین وجود داشته باشد. نحوه حرکت ابرهای گازی وشدت پرتوهای ارسالی از مرکز کهکشان خودمان از دلایل وجود چنین سیاهچاله هایی است. بررسی سرعت ستاره های نزدیک به مرکز کهکشان راه شیری که امروزه توسط تلسکوپ هابل قابل انجام است، بیانگر این واقعیت است که جرم هسته کهکشان بسیار بزرگ بوده که در یک ناحیه کوچک قرار دارد این نمونه می تواند وجود سیاهچاله در مرکز کهکشان ها را مورد تایید قرار دهد. همچنین مشاهده اشعه گاما متغییر را می توان به عنوان شاهدی دال بر قبول سیاهچاله ابرجرم دار در مرکز کهکشان ها دانست.
جسمی که سیاهچاله شد، دیگر تا ابد سیاهچاله خواهد بود. تنها تغییر مهمی که می تواند در سیاهچاله رخ بدهد، افزایش یافتن جرم آن بر اثر بلعیدن مواد مختلف است.
از دید نظری، سیاهچاله می تواند تبخیر شود. این موضوعی است که نخستین بار استفان هاوکینگ به آن پی برد. پدیده هایی در عرصه ی مکانیک کوانتومی وجود دارند که می توانند باعث شوند سیاهچاله پرتوهایی از خود گسیل کند. همین موضوع باعث می شود که سیاهچاله انرژی از دست بدهد و بنابر فرضیه ی اینشتین، از دست دادن انرژی معادل است با کاهش جرم.

پس سیاهچاله می تواند لاغر هم بشود. البته این تابش هاوکینگ بسیار ضعیف است. به عنوان مثال، سیاهچاله ای که به اندازه ی خورشید جرم داشته باشد، ۱۰۶۷ سال طول می کشد تا تبخیر شود در حالی که این مقدار بسیار بیشتر از عمر کنونی عالم است.
    
       
منابع:پایگاه مجله نجوم / دانشنامه ستاره شناسی / دانشنامه رشد  /  تبیان