بیگ بنگ: سیاهچاله ها شاید مرموز ترین اجرام کیهانی به شمار روند، این اجرام از فروپاشی گرانشی ستارگان یا راه های دیگری بوجود می آیند که چنان میدان گرانشی دارند که نور نیز به دام آنها می افتد. این اجرام “سیاه”، چاه گرانشی با عمق بی نهایت تولید می کنند، نسبیت عام اینشتین نیز بیان می کند سیاهچاله ها جرم و انرژی فضا – زمان اطراف خود را مانند صفحه لاستیکی خم می کند.

به گزارش بیگ بنگ، درک ما از قوانین طبیعت و موشکافی راز و رمز کیهان طی یک قرن پیش به اوج خود رسید و سیاهچاله ها یکی از این راز و رمزهای کیهان بوده اند و هستند. انواع مختلفی از سیاهچاله ها پیشنهاد شده است که از نظر جرم، تکانه زاویه ای¹ و بار تقسیم بندی می شوند.

تقسیم بندی سیاهچاله ها از نظر جرم:

1) سیاهچاله های بسیار پرجرم (Super-Massive Black Holes): این گروه از سیاهچاله ها جرمی بین میلیون ها تا میلیارد ها برابر جرم خورشید دارند و دانشمندان احتمال می دهند که سیاهچاله هایی که در مرکز اغلب کهکشان ها وجود دارد، از جمله کهکشان راه شیری،از این دسته اند.

2) سیاهچاله های جرم متوسط (Intermediate-Mass Black Holes): این سیاهچاله ها جرمی هزاران برابر خورشید دارند و گمان می رود نیروی منابع روشن و درخشنده پرتو ایکس باشند.

3) سیاهچاله های جرم ستاره ای (Stellar-Mass Black Holes): جرم این سیاهچاله ها بین 3 تا 15 برابر جرم خورشید متغیر است.این سیاهچاله ها نتیجه فروپاشی گرانشی ستارگان منفرد بعد از اتمام سوختشان هستند.

4) میکروسیاهچاله ها (Micro Black Holes): فشرده سازی هر جرمی می تواند منجر به ایجاد تکینگی (ناحیه ای با چگالی و خمش فضا – زمان بینهایت که معادلات از کار می افتند) بشود. ولی “میزان” فشرده سازی در این امر اهمیت دارد؛ بطور مثال برای تبدیل زمین به سیاهچاله باید زمین را تا اندازه نخودی کوچک و فشرده کنید.به طور کلی ایجاد سیاهچاله با جرم کوچک از طریق فروپاشی گرانشی بدلیل حد چاندراسخار² غیرممکن است و برای ایجاد سیاهچاله ها با جرم کمتر از خورشید – که میکروسیاهچاله نامیده می شوند – باید فشار خارجی دیگری وجود داشته باشد. بیگ بنگ می تواند این فشار را ایجاد کند و احتمال می رود میکروسیاهچاله ها در صورت وجود در زمان های اولیه جهان شکل گرفتند. البته امکان وجود چنین سیاهچاله هایی در دستگاه شتاب دهنده ذرات روی زمین نیز وجود دارد.حد پایین جرم سیاهچاله های بسیار کوچک (میکرو سیاهچاله ها) حدود جرم پلانک است (گرم). بدلیل بسیار کوچک بودن این سیاهچاله ها، اثرات مکانیک کوانتومی بر این سیاهچاله ها اهمیت پیدا می کند.

تقسیم بندی سیاهچاله ها از نظر چرخش و بار:

سیاهچاله ها از نظر بار یا دارای بار هستند(Q≠0) و یا دارای بار نیستند (Q = 0). از نظر تکانه زاویه ای که چرخش سیاهچاله را معین می کنند یا چرخان اند (J>0) و یا دارای چرخش نیستند (J=0).

در جدول زیر چهار نوع سیاهچاله تقسیم بندی شده از نظر چرخش و بار را با اسم مشخص مشاهده می کنید:

کارل شوارتسشیلد کسی بود که چند ماه بعد از فرمول بندی نسبیت عام اینشتین و انتشار آن، اولین راه حل دقیق را برای میدان های گرانشی پیدا کرد و نشان داد که سیاهچاله ها بصورت تئوری می توانند وجود داشته باشند. به همین علت راه حل مربوط به سیاهچاله بدون بار و چرخش را به افتخار ایشون نامیدند. سیاهچاله های چرخان یکی از راه حل های معادله میدان اینشتین است. دو راه حل دقیق و شناخته شده وجود دارد،راه حل کر و کر-نیومن که نماینده دو نوع سیاهچاله چرخان هستند. رایسنر-نوردستروم یک راه حل ایستا برای معادله میدان های اینشتین است که با میدان گرانشی غیر چرخنده باردار متناظر است.

سیاهچاله های چرخان نه تنها وجود دارند بلکه فیزیکدانان معتقدند تقریبا همه سیاهچاله ها دارای چرخش اند چرا که ستاره ای که در حال فروپاشی گرانشی است چرخان است.ولی وجود سیاهچاله های باردار دور از ذهن است: دافعه الکتریکی که مانع فشرده شدن می شود بار بیشتر از جاذبه گرانشی است و این مشکل جدی برای ایجاد سیاهچاله ی باردار می شود. در قسمت بعدی ویژگی های سیاهچاله چرخشی و غیر چرخشی را بررسی می کنیم. به علت دور از ذهن بودن وجود سیاهچاله های باردار، دو نوع سیاهچاله باردار را بررسی نخواهیم کرد.

ادامه دارد »»»

پی نوشت:

[1] در فیزیک تکانه زاویه ای یا تکانه دورانی کمیتی برداری است که برای بیان وضعیت حرکت سیستم های در حال حرکت دورانی مورد استفاده قرار می گیرید.در صورتیکه این بردار بردار صفر باشد،سیستم حرکت دورانی ندارد.

[2] Chandrasekhar limit: مقداری که حد جرم هسته ستاره ای که نتواند مقابل فروپاشی گرانشی خود تاب بیاورد را بیان می کند.

نویسنده: پویا فرخی / سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر برای راه حل های میدان گرانشی و ایجاد سیاهچاله:

کتاب اسرار سیاهچاله ها / ترجمه و تالیف امیرحسین فرجاد نسب و محمد حسین پورعباس

Kerr Newman metric,  Kerr metric , Reissner Nordström metric , Schwarzschild metric