سیاهچاله و هرچه باید از آن بدانید

سیاهچاله‌ها از عجیب‌ترین و جذاب‌ترین اجرام در فضا هستند. آن‌ها بسیار متراکم هستند و چنان جاذبه گرانشی قدرتمندی دارند که حتی نور نیز نمی‌تواند از چنگ آن‌ها فرار کند. در این مقاله قصد داریم سیاهچاله را به صورت مفصل بررسی کنیم. در ابتدا به این سوال پاسخ می‌دهیم که سیاهچاله چیست. در ادامه به بررسی ویژگی‌های این جرم مرموز کیهانی می‌پردازیم و درنهایت تصاویر منتشر شده از آن را می‌بینیم. سیاهچاله چیست؟ سیاهچاله‌ها 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 در نظر بگیرید. در این صورت سیاهچاله 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 دقیقا همان کاری است که یک سیاهچاله‌ها در عالم انجام می‌دهند. از آنجایی که اعتقاد بر این است که سیاهچاله‌ها چگالی – نسبت جرم به حجم – بی‌نهایت دارند، می‌توان گفت این چاله‌ها انتهایی ندارند. در تعارف دیگر، می‌توان سیاهچاله را مقدار بسیار زیادی ماده دانست که در یک منطقه بسیار کوچک فشرده شده است. به عنوان مثال، ستاره‌ای با ده برابر جرم خورشید را در نظر بگیرید که در کره‌ای که قطر آن در حدود ابعاد شهر نیویورک است، فشرده شود. در نتیجه، میدان گرانشی شدیدی پدید می‌آید که حتی مانع فرار نور نیز می‌شود. کشف سیاهچاله‌ها «آلبرت اینشتین» برای اولین‌بار در سال 1916 وجود سیاهچاله‌ها در نظریه «نسبیت عام» پیش‌بینی کرد. پس از آن اخترشناسان تا چندین دهه به دنبال وجود اثبات چنین جرمی در کیهان بودند. بلاخره در سال 1964 اولین سیاهچاله 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 «سیاهچاله» نامیدند. کهکشان راه شیری و سیاهچاله کهکشان راه شیری احتمالا بیش از 100 میلیون سیاهچاله دارد – این رقم تخمینی است و بدست آوردن میزان دقیق آن کار دشواری است. در قلب کهکشان راه شیری یک سیاهچاله بسیار پرجرم به نام «*Sagitarrius A» وجود دارد. طبق آخرین داده‌های منتشر شده توسط ناسا، این سیاهچاله با جرم تقریبی 4 میلیون برابر جرم خورشید، در فاصله تقریبی 27000 سال نوری از زمین قرار دارد. برای تصور بهتر آن می‌توان گفت این سیاهچاله پرجرم قادر است چند میلیون زمین را در خود جای دهد. به گفته موسسه علوم تلسکوپ فضایی «STScl» تقریبا از هر هزار ستاره، یک ستاره آنقدر پرجرم است که به سیاهچاله تبدیل شود. نزدیکترین سیاهچاله به زمین با نام «Unicorn» در فاصله 1500 سال نوری از ما قرار دارد. این نامگذاری به دو علت انجام شده است. این سیاهچاله در صورت فلکی «Unicorn» قرار دارد و به علت جرم بسیار کم – تقریبا سه برابر جرم خورشید – در مقایسه با سایر سیاهچاله‌ها، تقریبا در نوع خود بی‌نظیر است. انواع سیاهچاله‌ سیاهچاله‌ها را با توجه به جرمی که دارند، می‌توان به سه دسته تقسیم کرد: «سیاهچاله‌های ستاره‌ای»، «سیاهچاله‌های میانی» و «سیاهچاله‌های کلان جرم» سیاهچاله‌های ستاره‌ای هنگامی که یک ستاره به پایان عمر خود نزدیک می‌شود، رُمبش می‌کند – در درون خود فروپاشی می‌کند. 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 سیاهچاله‌ ستاره‌ای تبدیل می‌شود. این نوع سیاهچاله‌ها با آنکه نسبتا کوچک هستند، اما از تراکم بالایی برخوردار هستند. تراکم بالا با قدرت کشش گرانشی رابطه مستقیم دارد. بدین ترتیب، سیاهچاله‌های ستاره‌ای گاز و غبار کهکشان‌های اطراف خود را جذب کرده و به مرور زمان رشد می‌کنند. سیاهچاله‌های میانی دانشمندان زمانی تصور می‌کردند این اجرام خارق‌العاده تنها در دو دسته جرمی ستاره‌ای و پرجرم وجود دارند، اما تحقیقات وجود سیاهچاله‌هایی 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 سیاهچاله‌های 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 سیاهچاله‌ها جرمی در حدود سی و شش هزار تا سیصد هزار برابر جرم خورشید دارند. سیاهچاله‌های کلان جرم سیاهچاله‌های کلان جرم را می‌توان در مرکز کهکشان‌ها پیدا کرد. این دسته از سیاهچاله‌ها چندین میلیون تا چندین میلیارد برابر خورشید جرم دارند. نظریه‌های متعددی در مورد نحوه شکل‌گیری این سیاهچاله‌ها وجود دارند که برخی از معتبرترین‌ها را باهم بررسی می‌کنیم. برخی عقیده دارند این اجرام کلان جرم از ترکیب هزاران سیاهچاله‌ 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 تقریبا همزمان رخ می‌دهد. در نظریه چهارم، دانشمندان تشکیل سیاهچاله‌های پرجرم از توده‌های ماده تاریک را محتمل می‌دانند. ماده تاریک را نمی‌توان از طریق تابش‌های الکترومغناطی آموزش آشپزی و مطالب جالب جدید...