چند نوع سیاهچاله داریم؟

0
1225

بیگ بنگ: پدیده­‌های اندکی در جهان ما وجود دارند که به نظر می­‌رسد بین خیال و واقعیت جا خوش کرده و در حال رفت ­و آمد هستند که نمونه بارز آن «سیاه­چاله» است. سیاهچاله‌ها با میدان گرانشی خارق‌العاده خود چنان تاثیرات حیرت‌انگیز و باور نکردنی را در فضا- زمان پیرامون خود ایجاد می‌کنند که هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند از چنگال آنها بگریزد. سیاهچاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است.

geeqJvC xبه گزارش بیگ بنگ، آلبرت اینشتین وجود سیاهچاله‌ها را کشف نکرد بلکه این نطریۀ نسبیت او بود که تشکیل سیاهچاله‌ها را پیش‌بینی می کرد. در واقع این کارل شوارتزشیلد بود که اولین‌بار با استفاده از نظریۀ انقلابی اینشتین نشان داد که سیاهچاله‌ها می‌توانند شکل بگیرند. او دقیقا در سال ۱۹۱۵ درست همان سال که اینشتین نظریه نسبیت عام را ارائه کرد به این موفقیت بزرگ دست پیدا نمود.

از کارهای انجام شده توسط شوارتزشیلد عبارتی بنام شعاع شوارتزشیلد ابداء گردید که در واقع یک مقیاس اندازه‌گیری بود از اینکه برای به وجود آوردن یک سیاهچاله چقدر نیاز است تا یک جسم را کوچک و فشرده نمود. مدت‌ها قبل از آن دانشمند انگلیسی جان میشل وجود “ستاره‌های سیاه” را بصورت اجرامی با چگالی و گرانش بسیار بالا که حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند، پیش‌بینی کرده بود. ولی در هر حال عنوان سیاهچاله در سال ۱۹۶۷ بصورت جهانی مورد پذیرش قرار گرفت.

ما در مورد مناطقی از فضا صحبت می‌کنیم که در آن ماده آنقدر به سبب تراکم فشرده شده است که تنها راه فرار از آن، حرکت با سرعتی بیش از سرعت نور است. و همانطور که می‌دانیم، شما نمی توانید سریع تر از سرعت نور حرکت کنید. بنابراین هیچ راه فراری وجود ندارد. اگر بیش از اندازۀ به یک سیاهچاله نزدیک شوید بسیار بیش از آنچه بتوانید تصورش را کنید فشرده خواهید شد، شاید درون یک نقطه بی‌نهایت کوچک! یک سیاهچاله از طریق ردیابی آثار گرانشی‌اش قابل شناسایی است و اگر یکی از سیاهچاله‌های سرگردان بیش از حد به منظومه‌شمسی ما نزدیک شود، قدرت ویران کننده خود را بر تمامی سیارات گران بهای ما آشکار می‌کند. اما پرسشی پیش می‌آید که چند نوع سیاهچاله داریم؟

انواع سیاهچاله‌ از نظر جرم

تا کنون اخترشناسان سه نوع از سیاهچاله‌ها را شناسایی کرده‌اند: سیاه‌چاله‌های ستاره‌وار(stellar black holes)، سیاهچاله‌های کلان جرم (supermassive black holes) و سیاه‌چاله‌های جرم متوسط (intermediate black holes). دانشمندان در فرمول‌بندی نوع چهارم یعنی ریز سیاهچاله(Micro black hole) را هم پیش‌بینی کرده‌اند، اما هنوز موفق به رصد یا ساختن آن نشده‌اند.

نوع اول: سیاهچاله‌های ستاره‌وار

هنگامی که یک ستاره آخرین سوخت خود را مصرف می کند، ستاره ممکن است دچار فروپاشی شده و  به درون خود سقوط کند. برای ستاره‌های کوچک‌تر ( آنهایی که جرم‌شان تا ۳ برابر جرم خورشید است)، هسته جدید تبدیل به یک ستاره نوترونی یا کوتوله سفید می‌شود. اما وقتی یک ستاره بزرگ فرو می‌پاشد، ستاره شروع به متراکم شدن می‌کند و یک سیاهچالۀ ستاره‌وار متولد می‌شود.

cygx illستاره‌های بزرگ، با جرمی ۲۰ برابر جرم خورشید ما زمانی که سوختشان تمام می‌شود شروع به جمع شدن می‌کنند و مدام چگالی آنها بیشتر و بیشتر می‌شود و مدام داغ‌تر و داغ‌تر می‌شوند. برای ستاره‌ای با چنین جرمی هیچ نیرویی در جهان هستی وجود ندارد که توان متوقف کردن و جمع شدن آن در خود را، داشته باشد. هسته بسیار سنگین شده و همین امر باعث میشود که به جمع شدن در خود ادامه دهد.

محققان حد مجاز جرم سیاهچاله‌های ستاره‌وار حدود ۵ تا ۲۰ برابر جرم خورشید میدانند؛ زیرا با مرگ ستاره‌ها، آنها بیشتر جرم خود را از طریق انفجارهایی که باعث نابودی ماده و گازهای ستاره‌ای می شود، از دست می‌دهند. اما بتازگی اخترشناسان چینی سیاه‌چاله‌ ستاره‌واری ۷۰ برابر جرم ِ خورشید کشف کردند. این سیاهچاله چند برابر بزرگتر از چیزی است که محققان تصور می کردند. اکنون نظریه‌پردازان باید به توضیح شکل‌گیری این سیاهچاله بپردازند. دانشمندان معتقدند سیاهچاله‌های ستاره‌وار پس از تشکیل، گرد و غبار و گازهای اطراف خود را مصرف می‌کنند و از این طریق بزرگ‌تر می‌شوند. طبق گزارش‌های مرکز اختر فیزیک هاروارد – اسمیتسونین، ”کهکشان راه‌شیری شامل چند صد میلیون سیاه‌چاله ستاره‌وار است.”

نوع دوم: سیاهچاله‌های کلان جرم

سیاهچاله‌های کوچک اکثر جمعیت جهان را تشکیل می دهند، اما این عموزاده‌های آنها، یعنی سیاهچاله‌های کلان جرم هستند که بر جهان حکمرانی می‌کنند. سیاهچاله‌های کلان جرم در واقع جرمی تا میلیاردها برابر خورشید ما دارند و حدوداً در مرکز بیشتر کهکشان‌ها وجود دارند. برای مثال در مرکز کهکشان راه شیری، در فاصله ۲۷۰۰۰ سال نوری یک سیاهچاله کلان جرم وجود دارد یا در مرکز کهکشان آندرومدا، که ۲٫۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، سیاهچاله‌ای بزرگ‌تر از سیاهچالۀ کهکشان ما وجود دارد.

JPdkhtQopCHGEEHSdدانشمندان مطمئن نیستند این سیاهچاله‌های عظیم چگونه شکل می‌گیرند. اما یکی از فرضیه‌ها این است که آنها با جمع‌آوری غبار و گاز‌های کیهانی در اطرافشان، جرم خود افزوده و تا این اندازه‌های عظیم رشد کنند. سیاهچاله‌های کلان جرم ممکن است نتیجۀ ادغام صدها و یا هزاران سیاهچالۀ کوچک باشند. ابرهای بزرگ گازی نیز می توانند با فروپاشی در یکدیگر و از طریق برافزایش جرم با سرعت بالا منجر به ایجاد این سیاهچاله‌ها شوند. گزینه بعدی می‌تواند فروپاشی خوشه‌های ستاره‌ای باشد که با سقوط گروهی از ستارگان بر روی یکدیگر ایجاد می شود.

مورد بعد نیز این است که سیاه‌چاله‌های بزرگ می‌توانند برخواسته از خوشه‌های عظیم “ماده تاریک” باشند. مادۀ تاریک، در اخترشناسی و کیهان‌شناسی، ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور یا امواج الکترومغناطیسی منتشر یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما” دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد.

نوع سوم: سیاهچاله‌های با جرم متوسط

نوع دیگری از سیاهچاله‌ها، سیاهچاله‌های جرم متوسط هستند در واقع شکاف بین سیاهچاله‌های معمولی و سیاهچاله‌های کلان جرم، اخترشناسان را وادار به جست و جوی سیاهچاله‌هایی تا صدها هزار برابر خورشید ما کرد. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که سیاهچاله‌های متوسط(IMBHs) نیز می‌توانند وجود داشته باشند. چنین اجرامی زمانی تشکیل می‌شوند که ستاره‌های یک خوشه در یک واکنش زنجیره‌ای با یکدیگر برخورد می‌کنند. چندین سیاهچاله متوسط که در یک منطقه تشکیل شده‌اند ممکن است در نهایت در مرکز یک  کهکشان بر روی یکدیگر سقوط کرده و یک سیاهچاله کلان جرم را تشکیل دهند.

bbbfaccfدر سال ۲۰۱۴، اخترشناسان توانستند جرمی را در بازوی یک کهکشان مارپیچی پیدا کنند که به نظر می‌رسید یک سیاهچاله با جرم متوسط باشد. تیم رابرتز، از دانشگاه دورام می گوید:”«اخترشناسان برای پیدا کردن این سیاهچاله‌ها به سختی تلاش کرده‌اند. نشانه‌هایی هست که نشان می دهند آنها وجود دارند اما این سیاهچاله ها تمایلی به دیده شدن ندارند.»

تحقیقات جدید از سال ۲۰۱۸ نشان می دهند که این سیاه چاله ها ممکن است در قلب کهکشان های کوتوله  (یا کهکشان های بسیار کوچک) وجود داشته باشند. مشاهدات دانشمندان از ۱۰ کهکشان کوتوله فعالیت هایی از پرتو ایکس ˗ که در سیاه چاله ها مشترک است ˗ را کشف کرده که خبر از حضور سیاه چاله هایی با جرم ۳۶ هزار تا ۳۱۶ هزار برابر جرم خورشیدی می‌دهد. یکی از روش‌های رصد آنها یافتن منابع پرتو با شدت زیاد است. منابع فوق درخشان پرتو ایکس در کهکشان‌های نزدیک ممکن است، سیاهچالۀ جرم متوسطی باشد.

نوع چهارم: ریز سیاهچاله‌ها

آخرین گروه سیاهچاله‌ها به ریز سیاهچاله‌ها تعلق دارد؛ این اجرام سیاهچاله‌های بسیار کوچکی هستند. جرم آنها به قدری کم است که در اثرات مکانیک کوانتومی اهمیت زیادی پیدا می کند و از این رو به نام سیاهچاله‌های مکانیک کوانتومی نیز شناخته می شوند.

post januaryمحاسبات هاوکینگ بر این اساس است که هر چه سیاهچاله کوچک‌تر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر می‌شود و در نهایت منفجر می‌شوند. یعنی سیاهچاله‌ها در پایان عمر خود تبخیر می شوند. برخی دانشمندان معتقدند تعداد بسیار زیادی سیاهچاله میکروسکوپی، که در ابتدای جهان به وجود آمده‌اند، در سرتاسر کیهان پخش شده و همۀ آنها مانند گلوله‌هایی در کیهان در حال حرکت می‌باشند. البته این نوع سیاهچاله تاکنون رصد یا ساخته نشده است.

نویسنده و گرداوری: سمیر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع بیشتر: mnn.com , NASA , space.com


ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.