سیاهچاله چیست

در چند جمله كوتاه میتوان گفت, سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود

در چند جمله كوتاه میتوان گفت، سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترین تیوری جاذبه در حال حاضر تیوری نسبیت عام انیشتن است،در مورد سیاهچاله و جزییاتش باید طبق این تیوری تحقیق و نتیجه گیری كنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می كنیم.

فرض كنید روی سطح یك سیاره ایستاده اید. یك سنگ را به سمت بالا پرتاب می كنید. با فرض اینكه آن را خیلی خیلی محكم پرتاب نكرده باشید برای مدتی به سمت بالا حركت می كند و نهایتا شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محكم پرتاب كرده باشید می توانید آن را به كل از جاذبه سیاره خارج كنید و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی كه لازم است تا یك شیی را از حاذبه سیاره خارج كند سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد. همانطور كه انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد كشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتا سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبكتر سرعت فرار كمتری خواهد داشت. همچنین سرعت فرار به فاصله از مركز سیاره نیز بستگی دارد. هر چه به مركز سیاره نزدیك تر شویم سرعت فرار نیز بیشتر می شود.

سرعت فرار زمین Km/s ۱۱.۲ یا m/h ۲۵۰۰۰ است. در حالی كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s ۲.۴ یا m/h ۵۳۰۰ است.

حال یك جرم بسیار زیاد را كه در یك ناحیه با شعاع بسیار كوچك تمركز یافته تصور كنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شییی نمی تواند سریعتر از نور سیر كند پس هیچ شییی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یك دسته پرتو نور.

ایده تفكر در مورد جرمی چنان چگال كه حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریبا بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، كارل شوارتز شیلد یك راه حل ریاضی برای معادلات تیوری این اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصی چون اپنیمر و ولكف واشنایدر در دهه ۱۹۳۰ به طور جدی درباره امكان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی كه محتویات سوخت یك ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت كند و به صورت یك سیاهچاله در خود فرو می ریزد.

در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای ۴ بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی كه قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به كار نمی آیند. این انحراف در اطراف یك سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود كه سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند. هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحی كروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می كند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محكوم به نزدیك و نزدیك تر شدن به مركز سیاهچاله هستید.

درباره افق می توان این تصور را داشت كه افق جایی است كه در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز كمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی كه راكت های شما به اندازه كافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یك ناظر كه فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد كه كروی و ساكن است. اما در صورتیكه به سیاهچاله نزدیك شوید متوجه خواهید شد افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم كه نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر كنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار كنیم.

اگر این مطالب بسیار عجیب به نظر می رسند، نگران نباشید، واقعا عجیب هستند. افق از جهتی ثابت و از جهتی نا پایستار است. این مطلب تا حدی شبیه به داستان آلیس در سرزمین عجایب است. او باید تا جایی كه می توانست سریع حركت می كرد تا می توانست در یك جا بماند.

دردرون افق فضا در حدی منحرف می شود كه مختصات طول و زمان جایشان عوض می شود به این معنی كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سیاهچاله كه r نام دارد، یك مختص زمانی و t یك مختص فضایی می شود. نتیجه این جابجایی این است كه نمی شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگیری كرد، مشابه شرایط معمولی كه از رسیدن به آینده گریزی نیست (یعنی به طور معمول t در حال افزایش است) در نهایت باید به مركز جایی كه r = ۰ است برسیم. ممكن است فكر كنید با روشن كردن راكت ها می توان از افق خارج شد، اما این كار نیز بیهوده است. از هر ماده ای كه استفاده كنید، نمی توانید از آینده خود گریزی داشته باشید. پس از وارد شدن به افق، تلاش برای دور شدن از مركز سیاهچاله درست مثل تلاش برای نرسیدن به پنجشنبه آینده است.

نام سیاهچاله را برای اولین بار جان آرچیبالد ویلر پیشنهاد داد كه نام مناسبی به نظر می رسید، چون از نام های پیشنهادی قبل از خودش جذاب تر بود. پیش از ویلر از این نواحی با عنوان ستاره های منجمد یاد می شد. در ادامه توضیح خواهم داد كه چرا این نام را به آن ها داده بودند.

●سیاهچاله چه اندازه ای دارد؟

اندازه هر چیز دو جنبه دارد. در اولین جنبه می گوییم این جسم چه میزان جرم دارد و در جنبه دیگر آن را از نظر حجم بررسی می كنیم. ابتدا درباره جرم سیاهچاله بحث می كنیم.

برای میزان جرم یك سیاهچاله محدودیتی وجود ندارد. هر مقدار جرمی درصورتی كه به اندازه كافی چگال باشد می تواند سیاهچاله تشكیل دهد. حدس می زنیم كه سیاهچاله های موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكیل یافته اند، بنا بر این باید به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم یك سیاهچاله در حدود ۱۰ برابر جرم خورشید است، یعنی جرمی معادل ۱۰ به توان ۳۱ كیلوگرم.

هر چه جرم سیاهچاله بیشتر باشد فضای بیشتر اشغال خواهد كرد. در حقیقت شعاع شوارتز شیلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقیم دارند. اگر سیاهچاله ای ۱۰ برابر یك سیاهچاله دیگر جرم داشته باش، شعاعش نیز ۱۰ برابر دیگری خواهد بود. شعاع سیاهچاله ای هم جرم خورشید ۳ كیلومتر است. بنا بر این، اگر سیاهچاله ای ۱۰ برابر خورشید جرم داشته باشد شعاعش ۳۰ كیلومتر خواهد بود و سیاهچاله ای كه در مركز یك كهكشان با جرم یك ملیون برابر خورشید ۳ میلون كیلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است این مقدار شعاع زیاد به نظر برسد ولی با استانداردهای نجومی خیلی هم عجیب نیست. به عنوان مثال شعاع خورشید ۷۰۰۰۰۰ كیلومتر است و یك سیاهچاله بسیار بسیار سنگین شعاعی فقط در حدود ۴ برابر خورشید دارد.

مترجم: معصومه یوسفی

منبع :www.alacheegh.com

---