سیاهچاله ها

اجازه ندهید نام سیاهچاله شما را  به اشتباه بیاندازد. یک سیاهچاله فضایی خالی نیست. بلکه حجم بزرگی ماده است که در فضایی بسیار کوچک متراکم شده است. به این بیاندیشید که ستاره ای ده بار پرجرم تر هز خورشید به اندازه شهر نیویورک فشرده شود. نتیجه میدان گرانشی چنان عظیم خواهد بود که هیچ چیز حتی نور نمی تواند از آن بگریزد. در سالهای اخیر ابزارهای علمی ناسا و دیگر سازمان های فضایی دنیا توانسته اند تصویر جدیدی از این اشیای غریب فراهم کنند که برای بسیاری، شگفت انگیزترین اجرام فضایی هستند.

ایده شیئی در آسمان به اندازه ای جسیم و چگال که نور نتواند از سطح آن بگریزد چندین قرن برای انسان آشنا بوده است. وجود سیاهچاله ها توسط نظریه نسبیت عام اینشتاین پیش بینی شده بود که نشان می دهد وقتی یک ستاره جسیم می میرد، در پی خود یک هسته کوچک و بسیار چگال باقی می گذارد. اگر جرم هسته باقیمانده یک ستاره پس از مرگ آن، بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، معادلات میدان نشان می دهند که نیروی گرانش بر همه نیروهای دیگر غلبه کرده و یک سیاهچاله خلق می کند.

تصور هنرمند از فضای پیرامون یک سیاهچاله

دانشمندان نمی توانند به کمک تلسکوپ هایی که نور مرئی، اشعه ایکس یا سایر اشکال تابش الکترومغناطیس را آشکارسازی می کنند، به تماشای سیاهچله ها بپردازند. لیکن می توانیم با مطالعه اثر آنها بر سایر اجرام نزدیک به بودن آنها پی ببریم. اگر یگ سیاهچاله از درون ابری از مواد میان ستاره ای بگذرد، ماده را در فرایندی به نام درآشامیدن (accretion) به درون خود خواهد کشید. اگر ستاره ای معمولی از نزدیکی یک سیاهچاله بگذرد فرایند مشابهی روی خواهد داد. همچناکه ماده بسوی سیاهچاله فروافتاده، شتاب گرفته و گرم می شود، تابش اشعه ایکس قدرتمندی گسیل می کند. شواهد جدید نشان می دهند که سیاهچاله ها موجب ارسال انفجاری اشعه گاما از ماده فروبلعیده می شوند و باعث تولید ستاره های جدید در برخی نواحی می گردند.

پایان یک ستاره، آغاز یک سیاهچاله

بیشتر سیاهچاله ها از بقایای یک ستاره بزرگ پس از انفجار ابرنوستاره ای آن بوجود می آیند (ستارگان کوچکتر، به ستارگان نوترونی چگال تبدیل می شوند که برای به دام انداختن نور بقدر کافی جسیم نیستند). اگر جرم بقایای انفجار ابرنوستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، مطابق نظریه هیچ نیرویی نمی تواند از فروریزش گرانشی آن جلوگیری کند. لیکن با فروریزش ستاره اتفاق عجیبی رخ می هد. با نزدیک شدن سطح ستاره به یک سطح موهومی به نام افق رویداد (event horizon)، زمان روی ستاره نسبت به ناظران دوردست کندتر می شود. با رسیدن سطح ستاره به افق رویداد زمان متوقف می شود و ستاره دیگر بیش از آن چگالیده نمی شود. وقتی یک سیاهچاله و یک ستاره نوترونی با هم برخورد می کنند سیاهچاله جسیم دیگری ایجاد می شود.

افق رویداد یک سیاهچاله

سیاهچاله های ابرجسیم

اما یک راز بزرگ باقی می ماند. بنظر می رسد دو نوع سیاهچاله با تفاوت مقیاس عظیمی وجود دارند. از یک سو تعداد بی شماری سیاهچاله وجود دارند که از بقایای ستارگان جسیم تشکیل شده اند. این سیاهچاله های با "جرم ستاره ای" (stellar mass black holes) جرمی بین 10 تا 24 برابر خورشید دارند. دانشمندان وقتی آنها را آشکارسازی می کنند که اقدام به بلعیدن ماده پیرامون خود می نمایند. تخمین تعداد واقهی این سیاهچاله ها امر بسیار دشواری است لیکن دانشمندان حدس می زنند تعداد آنها تنها در کهکشان راه شیری باید بین 10 میلیون تا یک میلیارد عدد باشد.

در سوی دیگر این طیف غولهایی به نام سیاهچالگان ابرجسیم (supermassive black holes) وجود دارند که می توانند میلیونها و حتی بیلیون ها بار جسیم تر از خورشید باشند. ستاره شناسان بر این باورند که سیاهچاله‌های ابرجسیم در مرکز تقریبا تمامی کهکشان های بزرگ قرار دارند، حتی در مرکز کهکشان راه شیری ما. در مرکز کهکشان ستارگان بسیار به هم نزدیکترند. فاصله برخی ستارگان در مرکز یک کهکشان به حدود 400 میلیارد کیلومتر می رسد و اگر در مرکز کهکشان راه شیری زندگی می کردید آسمان شب را یک میلیون بار روشن تر می دیدید.

در چنین تراکم دهشتناکی از ستارگان، سیاهچاله مرکز کهکشان می تواند به آسانی گاز و غبار فراوانی را از ستارگان اطراف خود ببلعد. این مواد هنگام سقوط به سوی سیاهچاله به سرعتهایی نزدیک به نور می رسند و انرژی عظیم جنبشی آنها به شکل تابش اشعه ایکس و حتی گاما به دو طرف قرص سیاهچاله منتشر می شود. این تشعشع انفجاری تابش که قابل آشکارسازی است مهمترین دلیل بر وجود یک ابرسیاهچاله در مرکز هر کهکشان بزرگ است.

تنها تعداد انگشت شماری سیاهچاله ابرجسیم توسط دانشمندان کشف شده اند، لیکن در سراسر گیتی باید میلیاردها عدد از این غولهای گرانشی موجود باشد.

در مورد نحوه شکل گیری سیاهچاله های ابرجسیم نظریات مختلفی وجود دارد، از جمله برخورد چندین سیاهچاله و تلفیق آنها با یکدیگر. لیکن شیوه پیدایش آنها هنوز راز بزرگی باقیمانده است.

بزرگترین سیاهچاله ابرجسیمی که تاکنون کشف شده، TON 618 نام دارد که در فاصله 10.8 میلیارد کیلومتری زمین قرار دارد. این غول گرانشی بیش از 60 میلیارد برابر خورشید جرم دارد و در حقیقت یک کوآزار در مرکز کهکشان خود است.

نقطه درخشان آبی رنگ در مرکز تصویر کوازار حاوی ابرسیاهچاله TON 618 را نشان می دهد.

منابع اصلی:

https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes

https://www.space.com/supermassive-black-hole