بیگ بنگ: سیاهچاله ها چگونه متولد می شوند و شکل می گیرند؟ محققان در بررسی های خود به نحوه ی شکل گیری سیاهچاله ها این عجیب ترین اجرام کیهانی پی برده اند، در این مقاله با بیگ بنگ همراه باشید تا این موضوع را بررسی کنیم.

به گزارش بیگ بنگ، زمانی که ستارگان بزرگ، پر جرم و داغی به پایان زندگی کوتاه و دراماتیکشان می رسند، انفجار ابرنواختری متفاوتی رخ میدهد. این ستارگان به قدری داغند که علاوه بر هیدروژن و هلیم، کربن، اکسیژن و سیلیس را نیز را به عنوان سوخت هسته ای می توانند، بسوزانند. سرانجام همجوشی در این ستارگان منجر به تولید آهن می شود، آهن پایدارترین هسته در میان عناصر است که به سادگی در همجوشی شرکت نمی کند. (آهن آخرین هسته ای است که یک ستاره به شدت داغ می تواند به وسیله ی همجوشی تولید کند) که به معنی پایان پروسه ی همجوشی هسته ای در ستاره است. نبود سوخت برای همجوشی، منجر به کاهش دما در ستاره و این امر سبب افزایش سرعت فرو ریختن ستاره در اثر گرانش و در نهایت فرو ریختن کامل ستاره بر روی خودش می شود، سرانجام ستاره در انفجار ابرنواختری مهیبی موادش را در فضای اطرافش می پراکَنَد.

اگر جرم باقیمانده ی فشرده شده ستاره از 3 یا 4 برابر جرم خورشید بیشتر باشد، در این صورت اگر فشار تباهیدگی نوترون ها برای متوقف کردن فروپاشی کافی نباشد، به جای تشکیل ستاره ی نوترونی، هسته تا تشکیل تکینگی گرانشی پیش می رود، این یعنی نقطه ای با همه ی جرم ستاره ی اولیه. گرانش این تکینگی به قدری قدرتمند است که بر تمام نیروهای دیگر غلبه می کند تا جایی که حتی نور هم توان گریختن از آن را نداشته باشد، از همین رو آن را سیاهچاله می نامند. بنابراین گرانش، جسمی را که فقط چند بار از ستاره ی نوترونی چگال تر باشد، به سیاهچاله تبدیل میکند و یک سیاهچاله متولد می شود.

با وجود اینکه تکینگی در مرکز سیاهچاله بی نهایت چگال است، اما این لزوما به معنی بزرگ بودن حدود خود سیاهچاله نیست (چیزی که به اشتباه تصور می شود). برای مثال سیاهچاله ای با جرم خورشید ما، شعاعی در حدود سه کیلومتر خواهد داشت( تقریبا 200 میلیون بار کوچکتر از خود خورشید)، حال آنکه سیاهچاله ای با جرم زمین در دست شما جا می شود! اما سیاهچاله ها می توانند با مکیدن هر چه بیشتر ماده و حتی سیاهچاله های دیگر به اندازه های بسیار بزرگ و جرم های فرا تصوری دست یابند.

بر خلاف باور عام که فکر می کنند سیاهچاله ها هر چیزی را که در اطرافشان باشد می مکند، یک سیاهچاله جاذبه ای بیشتر از ستاره ی مادرش ندارد و هر جرمی که پیش از انفجار بر مدار ستاره بوده می تواند اگر از انفجار جان سالم به در ببرد، در مدار سیاهچاله به حیات ِ سرد خود ادامه دهد. به دیگر سخن، برای اینکه توسط یک سیاهچاله بلعیده شوید می بایست تا حد معینی به آن نزدیک شوید! (به این حد معین افق رویداد سیاهچاله می گویند). ستاره های بزرگ ممکن است بتوانند همه ی سطح ابرنواختری خود را حفظ کنند تا حدی که دیواره های بیرونی ابرنواختر نیز در تکینگی شان فرو بریزد.

همانگونه که از اسم سیاهچاله بر می آید، ما نمی توانیم سیاهچاله ها را به صورت مستقیم رصد کنیم، اما آنها با تاثیری که بر روی اجرام دیگر و پرتوهای نور می گذارند قابل شناسایی هستند. برای درک آسان تر در این مورد خاص میتوانیم چنین تصور کنیم که در یک سیستم دوتایی به جای یکی از ستاره های آن یک سیاهچاله وجود داشته باشد که ستاره ی دیگر به دور آن بگردد.

در اوایل دهه ی 1990 رینهارد گنزل این کار را آغاز کرد؛ او با استفاده از روش نوین اپتیک های تطبیقی(در آن موقع) حرکت ستاره ها را در مرکز کهکشان راه شیری خودمان پیگیری و رسم کرد تا نشان دهد آنها باید در حال گردش بر مدار جرمی بسیار سنگین ولی نامرئی باشند. از روی سرعت بیش از اندازه بزرگ ستاره های نزدیک به مرکز راه شیری – چند میلیون کیلومتر بر ساعت – می توان فهمید سیاهچاله ای بسیار سنگین با جرمی در حدود 2 تا 4 میلیون برابر جرم خورشید در مرکز کهکشان راه شیری وجود دارد – که به کمان – ای* معروف است – . باید اضافه کنم که تنها در راه شیری ده ها میلیون سیاهچاله هر یک به جرم ده ها برابر جرم خورشید وجود دارد.

در مرکز اغلب کهکشان ها سیاهچاله های فوق سنگینی به کمین نشسته اند، سیاهچاله هایی که اجرام کهکشان ها به دور آنها می گردند. در حقیقت، از رصد تابش شدید گازهایی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در نزدیکی مرکز کهکشان های دیگر، چنین بر می آید که سیاهچاله های بسیار سنگین تری نیز وجود دارند؛ سیاهچاله هایی با جرمی در حدود چند میلیارد برابرخورشید. جرم سیاهچاله ی مرکزی کهکشان مسیه 87 بیست میلیارد برابر جرم خورشید تخمین زده شده است؛ که این یعنی حجمی به بزرگی کل منظومه ی شمسی ما!

به نظر می رسد جهان آغازین که در آن، ستاره های بسیار بزرگ عمر کوتاهی داشتند، جهان پر شده از سیاهچاله ها، که در طول زمان های مدید با هم یکی شدند و سیاهچاله های بزرگتر و بزرگتری را تشکیل دادند. مشاهدات نشان می دهد چنانچه میدان های گرانشی دو سیاهچاله درهم ادغام شوند آنها می توانند در رقصی کیهانی به دور هم بگردند و امواج گرانشی را ایجاد کنند. این امواج حاصله در فضا -زمان پخش شده و با ابزارآلات بسیار حساس دانشمندان قابل رصد هستند.

یکی از بزرگترین رویدادها، لحظاتی پس از تولد یک سیاهچاله رخ میدهد زمانی که؛ گرما و میدان مغناطیسی به شدت تقویت شده ی ستاره ی فرو پاشیده ترکیب می شوند تا پرتوهای متمرکز یا جت هایی از تشعشع را عمود بر سطح در حال چرخش صفحه ی یک پارچه سیاهچاله روانه کنند. این پرتوها مقادیر بسیار زیادی از ذرات و انرژی را ( در مقیاس یک میلیارد میلیارد برابر انرژی خروجی خورشید خودمان) با سرعتی نزدیک به سرعت نور از سیاهچاله به بیرون پرتاب می کنند. امواج شوک این پرتوهای به شدت سنگین و پر انرژی منجر به تابش پرتو گاما تحت مکانیزمی موسوم به “انفجار پرتو گاما” یا “فرانواختر” می شوند (این پدیده را از آن جهت فرا نواختر می نامند که انرژی و درخشش آن در مقیاس صدها میلیون برابر ابرنواختر است.)

انفجار پرتو گاما درخشان ترین رویداد الکترومغناطیسی هستند که در جهان ما رخ داده اند، یک انفجار پرتو گاما میتواند از یک میلی ثانیه تا نزدیکی های یک ساعت به طول بینجامد –انفجار های معمول حدودا فقط چند ثانیه طول می کشند – این انفجارها اغلب با پدیده ی طویل العمرتری موسوم به “پس تاب” که در طول موج های بلند تری نظیر اشعه ی ایکس، فرا بنفش، نور مرئی، مادون قرمز و امواج رادیویی رخ می دهد، همراه می شوند و قابل رصد هستند. احتمال دارد که برخورد بین ستاره های نوترونی و یا یک ستاره ی نوترونی با یک سیاهچاله نیز منجر به انفجار پرتو گاما شود.

جالب است بدانید، به نظر می رسد برای ستاره ای که عناصر سنگین کمتری دارد تبدیل شدن به هایپرنوا و تولید طوفان اشعه ی گاما آسان تر باشد. این و این حقیقت که ستاره های بزرگ تر عمر کوتاهی در جهان آغازین داشتند به این معنی است که پدیده ی انفجار پرتو گاما امروزه کمیاب تر از مقداری است که قبلا بوده است. با این وجود، کاوشگر سویفت ناسا که اختصاصا با هدف مکان یابی “انفجارهای پرتو گاما” در اعماق آسمان در سال 2004 پرتاب شد، روزانه به طور متوسط یک “انفجار” ثبت می کند؛ این بدان معناست که انفجارهای پرتو گاما پدیده های کمیابی نیستند. لازم به یاد آوری است که ابرنواخترها یا انفجارهای پرتو گاما که در فاصله ی مثلا 9 میلیارد سال نوری رصد می شوند، در حقیقت 9 میلیارد سال پیش رخ داده اند و نور آنها اکنون به ما رسیده است!

ترجمه: محمد آقائی مقدم/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: physicsoftheuniverse.com