وقتی یک قاشق ستاره ۵میلیون تن وزن دارد

ستاره شناسی از قدیم, علمی بوده است که توجه اکثریت دانشمندان علوم فیزیک و حتی دیگر دانشمندان را به خود جلب کرده است در این میان کشفیات زیادی در علم ستاره شناسی رخ داده است به نظر می رسد که با پشت سر گذاشتن مرزهای دانش, اکنون جست وجوی جدید ما در آسمان زیبا باید درباره پدیده ای باشد که به سیاه چاله معروف است

تلاش انسان ها برای تغییر و توضیح پدیده های پیرامون خود تمامی ندارد و برای یافتن جواب سؤال های شگفت انگیز خود با معماهای متعددی روبه رو می شود. در طول تاریخ انسان ها همواره تلاش کرده اند که ابزارهای دقیق تر و بهتری بسازند تا بتوانند راحت تر پاسخ معماهای خود را بیابند.

ستاره شناسی از قدیم، علمی بوده است که توجه اکثریت دانشمندان علوم فیزیک و حتی دیگر دانشمندان را به خود جلب کرده است. در این میان کشفیات زیادی در علم ستاره شناسی رخ داده است. به نظر می رسد که با پشت سر گذاشتن مرزهای دانش، اکنون جست وجوی جدید ما در آسمان زیبا باید درباره پدیده ای باشد که به سیاه چاله معروف است. پیدایش مفهوم سیاه چاله و همچنین چگونگی شکل گیری سیاه چاله ها و درک صحیح از آن به ما این امکان را می دهد که از فضای چهاربعدی (سه بعد مربوط به فضا و یک بعد مربوط به زمان) تصویر بهتری داشته باشیم.

اکثریت مردم اطلاعات کمتری در ستاره شناسی دارند و تصاویر ناصحیحی از سیاه چاله ها را در فکر و اندیشه خود می پرورانند.

باید بدانیم ستارگان اجرامی آسمانی هستند که روزی به دنیا آمده اند و روزی هم از بین خواهند رفت. پس از اکتشاف برابری جرم و انرژی توسط انیشتین، دانشمندان تشخیص دادند که تمامی ستارگان باید تغییر و تحول یابند. درحقیقت ستارگان گوی های بزرگی از گاز بسیار گرم هستند که به واسطه نورشان می درخشند. گازهایی که ستارگان را تشکیل می دهند بسیار غلیظ تر از گازهایی هستند که معمولاً بر سطح زمین وجود دارند، چگالی فوق العاده زیاد آنها نیز در نتیجه فشارهای عظیمی است که درون آنها وجود دارد. ستارگان در فضا حرکت می کنند اما حرکت آنها در یک سال حتی در هزار سال به آسانی مشهود نیست. این ثبات ظاهری در نتیجه فاصله عظیمی است که میان ما و آنها وجود دارد.در حقیقت گوی آتشین موردنظر در تئوری انفجار بزرگ، حاوی هیدروژن و هلیوم است که در اثر انفجار به صورت گازها و گرد و غباری در فضا و به صورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترون ها، پروتونها، نوترونها و نیز مقداری یونهای هلیوم به بیرون تراوش می کند که با گذشت زمان و تراکم ماده در برخی سحابی ها شکل می گیرند، این مواد متراکم رشد کرده و توده های عظیم گازی را به وجود می آورند که با عنوان پیش ستاره معروفند و با گذشت زمان به ستاره تبدیل می شوند. برای هر ستاره سه منبع انرژی را می توان نام برد که عبارتند از:

۱) انرژی پتانسیل گرانشی:

می توان فرض کرد که خورشید یا ستارگان درحال تراکم تدریجی هستند و به این وسیله انرژی پتانسل گردشی خود را به صورت انرژی الکترومغناطیسی به محیط اطراف تابش می کنند.

۲) انرژی حرارتی:

می توان فرض کرد که ستارگان و خورشید اجرام بسیار داغ آفریده شده اند و با تابش خود به محیط اطراف در حال سرد شدن هستند.

۳) انرژی هسته ای:

می توان فرض کرد که در ستارگان هسته های سبک تر همجوشی کرده و انرژی آزاد شده در این همجوشی منبع انرژی ستارگان را تأمین می کند یا می توان فرض کرد که در ستارگان هسته های سنگین تر از طریق واپاشی به هسته های سبکتر تبدیل شده و انرژی آزاد شده از این واپاشیها انرژی ستارگان را تأمین می کند.

فرآیند اصلی که در اکثر ستارگان رخ می دهد همجوشی هیدروژن و تبدیل آن به هلیم است چرا که هیدروژن فراوان ترین ماده موجود در عالم است. بیش از ۹۰ درصد اتم های جهان را هیدروژن تشکیل می دهد و کمتر از یک درصد باقیمانده نیز اتم های هلیم اند.

زندگی ستارگان با ترکیب هیدروژن و هلیم آغاز می شود. هنگامی که ابر گاز اولیه تغییر وضعیت می دهد، اتمها انرژی گرانشی خود را به انرژی جنبشی تبدیل می کنند و به این ترتیب دمای ابر را افزایش می دهند. درنهایت دما آنقدر بالا می رود تا واکنش همجوشی هسته ای شروع شود. فشار به طرف خارج حاصل از تابش آزاد شده در هم جوشی عملاً تراکم (رمبش) گرانشی را متوقف می کند و ستاره وارد فاز تعادلی (مثل خورشیدمان) می شود که ممکن است

۱۰ میلیارد سال طول بکشد.در تمام طول زندگی ستاره ها واکنش های هسته ای زیادی رخ می دهد و این واکنش ها موجب به وجود آوردن فشار زیادی به طرف بیرون می شود و دقیقاً نیروی یکسان و برابر که به آن گرانش می گویند به طرف مرکز ستاره وارد می کنند. این برابری نیروها به ستاره ها اجازه می دهد که شکل خود را حفظ کند و دچار از هم گسیختگی یا فروپاشی نشود.

دیر یا زود سوخت ستاره به اتمام می رسد. در این صورت ستاره با تراکم خود یعنی نیروی گرانشی ستاره به سمت خارج غلبه کرده و ستاره به درون خود فرو می ریزد که یک انفجار درونی بزرگ است. ستاره ای که درنتیجه این مسئله به وجود می آید، ستاره ای به هم فشرده و طبیعتاً بسیار چگال خواهد بود که یک قاشق چایخوری از مواد سازنده آن حدود ۲ تا ۴ تن وزن دارد که به آن کوتوله سفید می گویند. هنگامی که قسمت اعظم سوخت گرما هسته ای ستاره به مصرف می رسد ستاره ممکن است از مرحله نواختر یا ابرنواختر بگذرد (وقتی که ستاره لایه های بیرونی خود را در یک انفجار شروع به پرتاب می کند ابرنواختر می گویند) و درنهایت به صورت مقدار قابل توجهی خاکستر کیهانی یا به صورت ستاره نوترونی یا حفره سیاه در آید. هنگامی که این پدیده اتفاق می افتد ستاره مقدار زیادی از جرم خود را از دست می دهد. اما آنچه که باقی می ماند اگر بیشتر از ۴‎/۱ جرم خورشیدی باشد تبدیل به گوی متراکمی از نوترون ها می شود که بسیار چگال تر از کوتوله سفید بوده و یک قاشق چایخوری ازمواد آنها روی زمین وزنی تقریباً برابر ۵ میلیون تن خواهد داشت. شکوه و عظمت چنین اجرامی غیرقابل تصور است. به نظرمی رسد هنگامی که ستاره به اندازه کافی پرجرم باشد یعنی در حدود ۳ تا ۵‎/۳ جرم خورشیدی، تراکمی (رمبشی) موجب ایجاد چیزی بسیار چگال تر می شود. درحقیقت چگالی (جرمی در واحد حجم) این شیء به صورت بی نهایت میل می کند. این شیء چیزی است که ما آن را «سیاه چاله» می نامیم. پس سه طریق برای مرگ ستارگان وجود دارد. ستارگانی که جرم آنها کمتر از ۱‎/۴ برابر جرم خورشیدی است. این ستارگان در نهایت به کوتوله های سفید تبدیل می شوند. ستارگانی که بیشتر از ۱‎/۴ و کمتر از ۳ برابر جرم خوشیدی دارند به ستاره نوترونی تبدیل شده و آنها که بیشتر از ۳ برابر جرم خورشیدی دارند عاقبت به سیاه چاله تبدیل می شوند.بعد از این که سیاه چاله تشکیل شد نیروی جاذبه آن شروع به کشیدن گرد و غبار اطراف و درحقیقت هر چیز دیگری که به آن نزدیک شود به داخل سیاه چاله می کند این کار دائماً به قدرت سیاه چاله می افزاید و طبیعتاً جرم آن را هم افزایش می دهد. این نکته مشخص می شود که سیاه چاله ها از یک سمت به صورت چاه عمل می کنند. در سطح دیگری به صورت چشمه عمل می کنند یعنی می تواند دو سطح مختلف فضا - زمان را از جهان های گوناگون یا دو نقطه بسیار دور از جهان خودمان را به هم متصل کنند که به این حالت کرم چاله گفته می شود.

اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال از هم پاشیدن تصور کنید آنگاه شما با فروریختن آن جسم به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر خواهید شد و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر و بیشتری را حس خواهید کرد تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد. شما بیش از هزار تن وزن پیدا خواهید کرد. وقتی که ستاره به در هم پاشیدن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و به طور کامل از هم پاشید وزن شما از ۱۵ هزار میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاه چاله ها به اندازه کافی به ما نزدیک بود می توانستیم نیروی جاذبه بر آن را حس کنیم. اخترشناسان دوراه آشکار برای وجود سیاه چاله حدس می زنند. راه اول از روی جرم سحاب. راه دوم هر چیز کوچکی که در سیاه چاله ها سقوط می کند به هنگام سقوط اشعه ایکس از خود منتشر می کند.دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط توفان های ستاره ای خود ستاره از سطح آن می گریزد در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسید توسط حفره آشکار می شود و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می دهد. با توجه به این نکته که لایه های داخلی تر دیسک سریعتر از لایه های خارجی می چرخند و در اثر اصطکاک لایه های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می کنند.

سیاه چاله ها انواع مختلفی هستند. اما مهمترین موضوع درباره سیاه چاله آن است که بدانیم ماده در داخل سیاه چاله ای که حاصل شده است درنهایت به چه سرنوشتی دچار می شود

اختر فیزیکدانان می گویند: اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه ازقبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده به جای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاماً یک چیز خواهد بود و تنها جرم، بارالکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد یعنی به شکل سیاه چاله درآید، دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم)، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.

مهدی عشقی یار عزیز

کارشناس فیزیک هسته ای