چرا سیاهچاله ها ترسناک ترین اجرام کیهان هستند؟ - مجله یگانه

سیاهچاله ها مناطقی در فضا هستند که گرانش در آن ها به اندازه ای قوی است که هیچ چیز نمی تواند از آن ها فرار کند. اهمیت این پدیده بزرگ کیهانی تا آنجاست که سال گذشته نوبل فیزیک را به خود اختصاص داد.

نیمی از جایزه نوبل فیزیک 2020 به راجر پنروز (Roger Penrose) برای کار ریاضی او تعلق گرفت که نشان می دهد سیاهچاله ها نتیجه اجتناب ناپذیر نظریه گرانش اینشتین هستند. آندریا گز (Andrea Ghez) و راینهارد گنزل (Reinhard Genzel) هم به طور مشترک نیم دیگر این جایزه را برای ارائه شواهدی قوی از وجود یک سیاهچاله در مرکز کهکشان ما برنده شدند.

سیاهچاله های ترسناک

سیاهچاله ها به سه دلیل ترسناک هستند. اگر در سیاهچاله ای که پس از مرگ یک ستاره به جای مانده است بیفتید، تکه تکه خواهید شد. همچنین سیاهچاله های بزرگی که در مرکز همه کهکشان ها دیده می شوند، اشتهای سیری ناپذیری دارند و همه چیز را می بلعند و از سوی دیگر سیاهچاله ها مکان هایی هستند که قوانین فیزیک در آن ها کم رنگ می شوند.

این گفته ایمپی است که برای بیش از 30 سال سیاهچاله ها را مطالعه می کند و به طور خاص بر روی سیاهچاله های کلان جرم که در مرکز کهکشان ها جای گرفته اند، تمرکز دارد. بیشتر اوقات آن ها غیرفعال هستند اما زمانی که فعال هستند و ستاره ها و گازها را می بلعند، منطقه نزدیک به سیاهچاله ها می تواند درخشان تر از کل بقیه کهکشان باشد.

کهکشان هایی که سیاهچاله های فعال در آن ها وجود دارند، اختروش (کوازار) نامیده می شوند. با همه چیزهایی که در چند دهه گذشته درباره سیاهچاله ها آموخته ایم هنوز رازهای زیادی درباره آن ها وجود دارد.

مرگ بر اثر سیاهچاله

انتظار می رود که سیاهچاله ها با مرگ یک ستاره بزرگ تشکیل شوند. پس از انتها سوخت اتمی ستاره، هسته آن به چگال ترین حالت ماده ای که می تواند تصور کرد، یعنی صد برابر چگال تر از هسته اتم، می رمبد یا به بیان دیگر در خود فرو می ریزد. چگالی این جرم به حدی است که پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها دیگر ذرات جداگانه ای نیستند.

به این دلیل که سیاهچاله ها حتی نور را جذب می کنند و تاریک هستند، هنگامی که به دور یک ستاره معمولی می گردند، نمایان می شوند. ویژگی های ستاره معمولی به اخترشناسان امکان می دهد تا ویژگی های همدم تاریک آن، یعنی سیاهچاله را هم تعیین کنند.

نخستین سیاهچاله ای که تأیید شد، ماکیان ایکس-1 (Cygnus X-1) بود که به عنوان درخشان ترین منبع پرتو ایکس در صورت فلکی قو یا دجاجه (ماکیان) قرار گرفته است. از آن زمان، حدود 50 سیاهچاله در منظومه های ستاره ای که یک ستاره معمولی به دور یک سیاهچاله می چرخد کشف شده است. این نمونه ها نزدیک ترین ها از حدود 10 میلیون سیاهچاله هستند که انتظار می رود در کهکشان راه شیری پراکنده باشند.

سیاهچاله ها در حقیقت آرامگاه ماده هستند. هیچ چیز حتی نور نمی تواند از آن ها فرار کند. طبق ایده ای که استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) در کتاب تاریخچه مختصر زمان (A Brief History of Time) مطرح کرده است، سرنوشت هر کسی که در سیاهچاله بیفتد یک رشته ای شدن (Spaghettification) دردناک خواهد بود.

در فرآیند رشته ای یا اسپاگتی شدن، گرانش شدید سیاهچاله شخص را از هم جدا می کند و استخوان ها، ماهیچه ها، رگ ها و حتی مولکول های فرد از هم باز می شوند. همان طور که دانته در کمدی الهی این واژه ها را برای دروازه جهنم بیان کرده است: امید را رها کنید، همه کسانی که وارد اینجا می شوید.

جانوری گرسنه در هر کهکشان

در طول 30 سال گذشته، مشاهدات با تلسکوپ فضایی هابل نشان داده است که همه کهکشان ها دارای سیاهچاله در مرکز خود هستند. کهکشان های بزرگ تر سیاهچاله های بزرگ تری هم دارند.

طبیعت می داند که چگونه سیاهچاله را در گستره ای حیرت انگیز از جرم ها بسازد؛ از اجساد ستاره هایی با جرم چندین برابر خورشید تا هیولاهایی با جرم ده ها میلیارد برابر آن که تفاوتشان مانند یک سیب در برابر هرم بزرگ جیزه است.

در سال های گذشته بود که ستاره شناسان نخستین تصویر از یک سیاهچاله و افق رویداد آن منتشر کردند که در ماه های گذشته با جزئیات بیشتری هم به نمایش درآمد. غولی بزرگ با جرم 7 میلیارد برابر خورشید که در مرکز کهکشان بیضوی M87 جای گرفته است.

این سیاهچاله بیش از هزار برابر بزرگ تر از سیاهچاله مرکزی کهکشان ماست که کاشفان آن سال گذشته نوبل فیزیک را از آن خود کردند. این سیاهچاله ها در بیشتر مواقع تاریک هستند اما وقتی گرانش آن ها سیتاره ها و گازهای اطراف را به سوی خود می کشد، فعالیت های شدیدی خواهند داشت و اندازه زیادی تشعشع را ساطع می کند.

سیاهچاله های بزرگ هم از دو جهت برای نزدیک شدن خطرناک هستند. اگر خیلی به آن ها نزدیک شوید شما را به سوی خود می مکند و اگر آن ها در فاز اختروش خود فعال باشند، از طریق تشعشعات پرانرژی منفجر خواهید شد.

یک کوازار (Quasar) چقدر روشن است؟ تصور کنید که در شب بر فراز شهر بزرگی مانند لس آنجلس معلق هستید. تقریبا 100 میلیون نور از خودروها، خانه ها و خیابان های شهر با ستاره های یک کهکشان مطابقت دارد. در این مقایسه، یک سیاهچاله در حالت فعال خود، مانند منبع نوری به قطر 1 اینچ در مرکز شهر لس آنجلس است که صدها یا هزاران برابر شهر نور می تاباند. باید گفت که کوازارها درخشان ترین اجرام کیهان هستند.

عجیب بودن سیاهچاله های کلان جرم

بزرگ ترین سیاهچاله هایی که تا به امروز کشف شده اند، 40 میلیارد برابر خورشید یا 20 برابر کل منظومه شمسی جرم دارند. این اجرام بسیار سنگین، هر سه ماه یک بار به دور خود می چرخند و بدین ترتیب لبه بیرونی آن ها با نصف سرعت نور حرکت می کند.

مانند همه سیاهچاله ها، سیاهچاله های بسیار بزرگ هم از طریق یک افق رویداد از دید پنهان هستند. در مراکز آن ها یک تکینگی وجود دارد، نقطه ای در فضا که چگالی آن بی نهایت است. ما نمی توانیم درون سیاهچاله را درک کنیم زیرا قوانین فیزیک در آن شکسته می شوند. زمان در افق رویداد می ایستد و گرانش در تکینگی به بینهایت می رسد.

خبر خوب درباره سیاهچاله های کلان جرم این است که شما می توانید از سقوط در یک سیاهچاله زنده بمانید. اگرچه گرانش آن ها قوی تر است اما نیروی کششی آن ها ضعیف تر از یک سیاهچاله کوچک است و شما را نمی کشد. از سویی خبر بد این است که افق رویداد به منزله لبه پرتگاه است. هیچ چیزی نمی تواند از درون افق رویداد فرار کند، بنابراین نمی توانید از آن بیرون بروید یا تجربه خود را گزارش دهید.

به گفته استیون هاوکینگ، سیاهچاله ها به آرامی در حال تبخیر شدن هستند. در آینده دور کیهان، مدت ها پس از اینکه همه ستارگان مردند و کهکشان ها به دلیل انبساط پرشتاب کیهانی از دید خارج شدند، سیاهچاله ها آخرین اجرام به جای مانده خواهند بود.

تبخیر پرجرم ترین سیاهچاله ها به شمار سال های غیرقابل تصوری طول خواهد کشید. تخمین زده می شود که 10 به توان 100 سال (یا 10 همراه با 100 صفر پس از آن) طول می کشد تا این سیاهچاله ها تبخیر شوند. ترسناک ترین اجرام جهان تقریبا ابدی هستند.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاهچاله در حال بلعیدن مواد ستاره همدم

Credit: NASA

منبع: The Conversation