در جستجوی سیاه چاله ها

سالهاست كه انسان برای تفسیر پدیده های پیرامون خود مصمم شده است تلاش ما برای تفسیر و توضیح پدیده ها هنگامی به پایان می رسد كه با كمبود سوال مواجه شویم

سالهاست كه انسان برای تفسیر پدیده های پیرامون خود مصمم شده است. تلاش ما برای تفسیر و توضیح پدیده ها هنگامی به پایان می رسد كه با كمبود سوال مواجه شویم. معماهای آسمان ما پایان ناپذیر است؛ بنابراین تلاش ما برای یافتن پاسخ این معماها نیز بی پایان خواهد بود. ستاره شناسی از همان ابتدا علمی بوده كه به كشفیات بهای زیادی داده و تنها بعد از بررسی دقیق این كشفیات، نتایج مستحكمی بیان كرده است.

جنبه هایی از آسمان كه زمانی به عنوان تفاسیر عقلانی و منطقی به شمار می آمده اند، اكنون چیزی بیش از جسارات خودخواهانه نیستند. تاریخ نشان داده است كه با پیدایش ابزار دقیق تر و بهتر، فهم و درك صحیح تری از آسمان حاصل شده است. اكنون به نظر می رسد كه با پشت سر گذاشتن مرزهای علم، جستجوی جدید ما در آسمان باید پیرامون پدیده ای باشد كه به سیاه چاله معروف است.

هدف این مقاله توضیح چگونگی پیدایش مفهوم سیاه چاله و همچنین چگونگی شكل گیری سیاه چاله ها است. از اهداف دیگر آن، بحث در مورد ردیابی احتمالی سیاه چاله ها با استفاده از ابزار پیشرفته ای است كه در آینده به دست بشر ساخته خواهد شد. بدست آوردن درك و تصوری از سیاه چاله ها به ما اجازه خواهد داد كه تصور بهتری از فضای چهار بعدی (كه سه بعد آن مربوط به فضا و یك بعد مربوط به زمان است) بدست بیاوریم و در حقیقت فهم و درك بیشتری از افسانه ها و واقعیات علمی دریافت كنیم.

بیشتر مردمی كه با نجوم ارتباط ندارند یا به دور از جامعه ی فیزیك هستند مفهوم غلطی از سیاه چاله ها در ذهن خود می پرورانند. قبل از بیان این موضوع كه چگونه یك سیاه چاله ایجاد می شود، مقدمه ی كوتاهی درباره ی ستارگان ضروری به نظر می رسد. این مقدمه اطلاعاتی از فلسفه ی سیاه چاله ها به ما می دهد.

یك ستاره در حقیقت گوی آتشین بزرگی است كه انرژی آن از واكنش های هسته ای كه در مركز ستاره انجام می شوند، تامین می شود كه این واكنش ها مقدار هنگفتی فشار و گرما تولید می كنند.

یك ستاره هنگامی متولد می شود كه دو یا چند ابر بزرگ گازی به سمت هم كشیده شوند كه این پدیده باعث به وجود آمدن هسته و به دنبال آن، بسته به نحوه ی برخورد دو ابر، آزاد كردن انرژی عظیمی خواهد شد. این ابرها با چنان نیروی عظیمی به هم نزدیك می شوند كه می تواند باعث آغاز واكنش های هسته ای بشود. این نوع انرژی از واكنش های گداخت هسته ای آزاد می شود كه در آن دو اتم به هم پیوسته و تشكیل اتم جدیدی را می دهند. بر اثر این فرایند انرژی هنگفتی آزاد می شود.

این فعالیت ها تا هنگامی ادامه می یابند كه سوخت هسته ای ستاره به پایان رسد. در حقیقت جالب ترین پدیده ها در طول عمر یك ستاره در این زمان اتفاق می افتند. در تمام طول زندگی ستاره، واكنش های هسته ای باعث به وجود آوردن فشار زیادی به طرف بیرون می شده اند و دقیقا نیرویی یكسان و برابر، كه به آن گرانش می گویند، به طرف مركز ستاره وارد می شده است. این برابری نیروها به ستاره اجازه می داده كه شكل خود را حفظ كند و دچار از هم گسیختگی یا فروپاشی نشود.

سرانجام، هنگامی كه سوخت ستاره به پایان می رسد، نیروی گرانش آن بر نیروی به سمت خارج غلبه كرده و ستاره به درون خود فرو می ریزد. این یك انفجار درونی بزرگ است. بسته به جرم اصلی و پایانی ستاره، ممكن است چندین حادثه رخ دهد.معمولی ترین نتیجه ی یك چنین رمبشی، ستاره ای است كه به آن كوتوله ی سفید می گویند.این ستاره، به هم فشرده شده و طبیعتا بسیار چگال خواهد بود. گفته می شود كه یك قاشق چای خوری از مواد سازنده ی كوتوله ی سفید ۲ تا ۴ تن وزن دارد.

به محض یافتن اولین كوتوله ی سفید، این بحث پیش كشیده شد كه یك ستاره تا چه اندازه می تواند برمبد و سر انجام در سال ۱۹۲۰، دو اخترفیزیك دان به نام های Subrahmanyan Chandrasekhar و Sir Arthur Eddington به نتایج متفاوتی رسیدند.توجه Chandrasekhar به رابطه ی جرم ستارگان با شعاع آنها جلب شد و نتیجه گرفت كه حد فوقانی رمبش معمول یك ستاره منجر به پیدایش ستاره ای می شود كه به ستاره نوترونی معروف است. این حد ۴/۱ جرم خورشیدی، آنقدر دقیق بود كه در سال ۱۹۸۳ جایزه ی نوبل فیزیك را برای او به ارمغان آورد. كوتوله ی سفید چگال است، اما نه به اندازه ی ستارگان نوترونی. معمولا هنگامی كه سوخت هسته ای ستاره تمام می شود، شروع به پرتاب لایه های بیرونی خود در انفجاری كه به آن ابر نواختر می گویند، می كند.

هنگامی كه این پدیده اتفاق می افتد، ستاره مقدار زیادی از جرم خود را از دست می دهد. اما آنچه كه باقی می ماند اگر بیشتر از ۴/۱ جرم خورشیدی باشد، تبدیل به گوی متراكمی از نوترون ها می شود. این نوع ستارگان، بسیار چگال تر بوده و یك قاشق چای خوری از مواد آن ها بر روی زمین، وزنی تقریبا برابر ۵ میلیون تن خواهد داشت.

شكوه و عظمت یك چنین اجرامی غیر قابل تصور است. اما حتی ستارگان نوترونی هم در مباحث رمبش ستارگان حد نهایی نیستند. به نظر می رسد هنگامی كه ستاره به اندازه ی كافی پر جرم باشد، یعنی در حدود ۳ تا ۵/۳ برابر جرم خورشیدی، رمبش باعث ایجاد چیزی بسیار چگال تر می شود. در حقیقت چگالی این شیء به سمت بی نهایت میل می كند. این شی چیزی است كه ما آن را سیاه چاله می نامیم.

بعد از اینكه یك سیاه چاله تشكیل شد، نیروی جاذبه ی آن شروع به كشیدن گرد و غبار اطراف و در حقیقت هر چیز دیگری كه به آن نزدیك شود به داخل سیاه چاله می كند. این كار دائما به قدرت سیاه چاله می افزاید و طبیعتا جرم آن را بیشتر می كند.

ساده ترین شكل سه بعدی هندسی برای سیاه چاله كره است. این نوع سیاه چاله ها، سیاه چاله های شوارتسشیلد نام دارند. شوارتسشیلد اختر فیزیكدان آلمانی است كه بعدا توانست شعاع بحرانی هر جرم داده شده ای را برای تبدیل شدن آن به سیاه چاله محاسبه كند(شعاع شوارتسشیلد). این گونه محاسبات نشان می دهد كه در یك نقطه ی مشخص، جرم به سمت نقطه ای با چگالی بی نهایت سقوط می كند.

این نقطه تكینی(Singularity) نام دارد. در این نقطه نیروی گرانش بی نهایت زیاد است و زمان و مكان به صورت عادی خود عمل نمی كنند. در تكینی، قوانین نیوتون و انیشتین دیگر جایی ندارد و فقط یك جهان مبهم و مرموز گرانش كوانتومی حضور دارد. در مدل شوارتسشیلد، افق پدیده(Event Horizon)، یا پوسته ی سیاه چاله، مرزی است كه هیچ چیز به محض ورود به آن نمی تواند از نیروی گرانش سیاه چاله بگریزد.

بسیاری از سیاه چاله ها حركت چرخشی ثابتی دارند كه از چرخش ستاره ی اصلی ناشی می شود. این حركت مواد مختلف را جذب كرده و آنها را به شكل حلقه ای اطراف سیاه چاله در می آورد. مواد در افق پدیده نگه داشته می شود تا به سمت مركز سیاه چاله حركت كنند و در آنجا انباشته شوند و به جرم سیاه چاله بیفزایند. این سیاه چاله های چرخان به سیاه چاله های كِر معروفند.

سید رضا میرزارضایی

---