سیاهچاله

[تاري]

سلام
این بخش راجع به سیاه چاله هاست که یک متن کلی راجع به اونا میذارم شما هم اگه مطلب دیگه ای راجعبشون دارین ما رو هم بهره مند کنین

متنش یکم طولانیه ولی بخونین ضرر نمیکنین

(لا اقل اولشو بخونین)

در چند جمله كوتاه ميتوان گفت، سياهچاله ناحيه اي از فضاست كه مقدار بسيار زيادي جرم در آن تمركز يافته و هيچ شيئي نمي تواند از ميدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترين تيوري جاذبه در حال حاضر تيوري نسبيت عام انيشتن است،در مورد سياهچاله و جزيياتش بايد طبق اين تيوري تحقيق و نتيجه گيري كنيم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرايط ساده تر آغاز مي كنيم.

فرض كنيد روي سطح يك سياره ايستاده ايد. يك سنگ را به سمت بالا پرتاب مي كنيد. با فرض اينكه آن را خيلي خيلي محكم پرتاب نكرده باشيد براي مدتي به سمت بالا حركت مي كند و نهايتا شتاب جاذبه باعث مي شود به پايين سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ي لازم محكم پرتاب كرده باشيد مي توانيد آن را به كل از جاذبه سياره خارج كنيد و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتي كه لازم است تا يك شيي را از حاذبه سياره خارج كند سرعت فرار يا سرعت گريز نام دارد. همانطور كه انتظار مي رود سرعت فرار به جرم سياره بستگي دارد. اگر سياره اي جرم زيادي داشته باشد كشش جاذبه آن زياد خواهد بود و نتيجتا سرعت فرار آن بيشتر خواهد شد. سياره سبكتر سرعت فرار كمتري خواهد داشت. همچنين سرعت فرار به فاصله از مركز سياره نيز بستگي دارد. هر چه به مركز سياره نزديك تر شويم سرعت فرار نيز بيشتر مي شود.

سرعت فرار زمين Km/s 11.2 يا m/h 25000 است. در حالي كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 يا m/h 5300 است.

حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.

ايده تفكر در مورد جرمي چنان چگال كه حتي نور نيز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.

در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.

درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد. افق خصوصيات هندسي عجيبي دارد، براي يك ناظر كه فاصله زيادي از سياهچاله دارد، افق جاي خوبي به نظر مي رسد كه كروي و ساكن است. اما در صورتيكه به سياهچاله نزديك شويد متوجه خواهيد شد افق با سرعت بسيار زياد و يا در حقيقت با سرعت نور به سمت بيرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بيرون گسترش مي يابد، پس براي خروج از افق بايد سرعتي بيش از سرعت نور داشته باشيم. و چون مي دانيم كه نمي توانيم با سرعتي بيش از سرعت نور سير كنيم پس هيچ گاه نخواهيم توانست از سياهچاله فرار كنيم.

اگر اين مطالب بسيار عجيب به نظر مي رسند، نگران نباشيد، واقعا عجيب هستند. افق از جهتي ثابت و از جهتي نا پايستار است. اين مطلب تا حدي شبيه به داستان آليس در سرزمين عجايب است. او بايد تا جايي كه مي توانست سريع حركت مي كرد تا مي توانست در يك جا بماند.

در درون افق فضا در حدي منحرف مي شود كه مختصات طول و زمان جايشان عوض مي شود به اين معني كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سياهچاله كه r نام دارد، يك مختص زماني و t يك مختص فضايي مي شود. نتيجه اين جابجايي اين است كه نمي شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگيري كرد، مشابه شرايط معمولي كه از رسيدن به آينده گريزي نيست (يعني به طور معمول t در حال افزايش است) در نهايت بايد به مركز جايي كه r = 0 است برسيم. ممكن است فكر كنيد با روشن كردن راكت ها مي توان از افق خارج شد، اما اين كار نيز بيهوده است. از هر ماده اي كه استفاده كنيد، نمي توانيد از آينده خود گريزي داشته باشيد. پس از وارد شدن به افق، تلاش براي دور شدن از مركز سياهچاله درست مثل تلاش براي نرسيدن به پنجشنبه آينده است.

نام سياهچاله را براي اولين بار جان آرچيبالد ويلر پيشنهاد داد كه نام مناسبي به نظر مي رسيد، چون از نام هاي پيشنهادي قبل از خودش جذاب تر بود. پيش از ويلر از اين نواحي با عنوان ستاره هاي منجمد ياد مي شد. در ادامه توضيح خواهم داد كه چرا اين نام را به آن ها داده بودند.

سياهچاله چه اندازه اي دارد؟

اندازه هر چيز دو جنبه دارد. در اولين جنبه مي گوييم اين جسم چه ميزان جرم دارد و در جنبه ديگر آن را از نظر حجم بررسي مي كنيم. ابتدا درباره جرم سياهچاله بحث مي كنيم.

براي ميزان جرم يك سياهچاله محدوديتي وجود ندارد. هر مقدار جرمي درصورتي كه به اندازه كافي چگال باشد مي تواند سياهچاله تشكيل دهد. حدس مي زنيم كه سياهچاله هاي موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكيل يافته اند، بنا بر اين بايد به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم يك سياهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشيد است، يعني جرمي معادل 10 به توان 31 كيلوگرم.

هر چه جرم سياهچاله بيشتر باشد فضاي بيشتر اشغال خواهد كرد. در حقيقت شعاع شوارتز شيلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقيم دارند. اگر سياهچاله اي 10 برابر يك سياهچاله ديگر جرم داشته باش، شعاعش نيز 10 برابر ديگري خواهد بود. شعاع سياهچاله اي هم جرم خورشيد 3 كيلومتر است. بنا بر اين، اگر سياهچاله اي 10 برابر خورشيد جرم داشته باشد شعاعش 30 كيلومتر خواهد بود و سياهچاله اي كه در مركز يك كهكشان با جرم يك مليون برابر خورشيد 3 ميلون كيلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است اين مقدار شعاع زياد به نظر برسد ولي با استانداردهاي نجومي خيلي هم عجيب نيست. به عنوان مثال شعاع خورشيد 700000 كيلومتر است و يك سياهچاله بسيار بسيار سنگين شعاعي فقط در حدود 4 برابر خورشيد دارد.

در صورت سقوط در سياهچاله چه بلاي به سرم مي آيد؟

فرض مي كنيم در داخل يك فضا پيما به سمت يك سياهچاله با جرم يك مليون برابر خورشيد در مركز كهكشان راه شيري در حال حركت هستيد. (بحث هاي زيادي در مورد وجود سياهچاله در مركز كهكشان راه شيري وجود دارد. اما فرض مي كنيم حداقل براي چند ثانيه اين سياهچاله موجود باشد.) از فاصله دور راكت ها را خاموش كرده ايد و به سمت سياهچاله سرازير مي شويد. چه اتفاقي خواهد افتاد؟

در ابتدا هيچ جاذبه اي را حس نخواهيد كرد چون در حال سقوط آزاد هستيد، همه قسمتهاي بدنتان به يك صورت كشيده خواهند شد و احساس بي وزني خواهيد كرد (اين دقيقا همان چيزي است كه در مدار زمين براي فضا نوردان اتفاق مي افتد. با اين حال نه فضا نورد و نه شاتل هيچ نيروي جاذبه اي را حس نمي كنند.) همين طور كه به مركز سياهچاله نزديك و نزديك تر مي شويد نيروهاي جاذبه جزر و مدي را بيشتر حس خواهيد كرد. فرض كنيد پاهايتان نسبت به سرتان در فاصله كمتري از مركز سياهچاله قرار گرفته باشد. نيروي جاذبه با نزديك شدن به مركز سياهچاله بيشتر مي شود، بنا بر اين در پاهايتان نيروي جاذبه را بيشتر حس خواهيد كرد. و حس خواهيد كرد كشيده شده ايد ( اين نيرو نيروي جزر و مدي نام دارد چون دقيقا مانند نيرويي عمل مي كند كه باعث جزر و مد در سطح زمين مي شود). اين نيروها با نزديك شدن به مركز بيشتر و بيشتر خواهد شد تا جايي كه شما را پاره پاره كند.

براي يك سياهچاله خيلي بزرگ شبيه به آن كه شما در آن سقوط مي كنيد، نيروهاي جزر و مدي تا شعاع 600000 كيلومتري مركز قابل توجه نيستند. البته اين مطلب پس از ورود به افق اعتبار مي يابد. اگر در حال سقوط به يك سياهچاله كوچكتر هم جرم خورشيد بوديد، نيروهاي جزر و مدي از فاصله 6000 كيلومتري مركز شما را تحت تاثير قرار مي داد و شما خيلي زود تر از آنكه وارد افق شويد تكه پاره مي شديد (و اين موضوع علت اين است كه شما را در حال سقوط به يك سياهچاله بزرگ تصور كرديم تا بتوانيد حداقل تا وارد شدن به سياهچاله زنده باشيد). در حين سقوط چه چيزهايي مي بينيد؟ شما در حين سقوط چيز خاص و عجيبي را مشاهده نخواهيد كرد. تصوير اشيا درو ممكن است به شكل هاي عجيب و نا مربوط در آمده باشند، چون جاذبه سياهچاله نور را نيز منحرف مي كند. به ويژه وقتي وارد افق مي شويد هيچ اتفاق خاصي نخواهد افتاد. حتي پس از وارد شدن به افق نيز خواهيد توانست چيزهايي را كه بيرون هستند ببينيد. چون نوري كه از اشيا بيروني ساطع مي شود مي تواند وارد افق شود و به شما برسد. اما در بيرون از افق كسي قادر به ديدن شما نيست چون نور نمي تواند از افق خارج شود.

كل اين اتفاقات چقدر طول مي كشد؟ البته اين مطلب بستگي به اين دارد كه از چه فاصله سقوط به داخل سياهچاله را شروع كرده باشيد. فرض مي كنيم اين عمليات از جايي شروع شود كه فاصله شما از مركز 10 برابر شعاع سياهچاله باشد. براي سياهچاله اي با جرم يك ميليون برابر خورشيد 8 دقيقه طول مي كشد تا به افق برسيد، پس از آن 7 دقيقه ديگر در پيش داريد تا به ناحيه منحصر به فردي برسيد. البته اين زمان ها تقريبي است و به عنوان مثال در يك سياهچاله كوچكتر زمان مرگ نزديك تر خواهد بود. پس از پشت سرگذاشتن افق در 7 دقيقه باقيمانده از عمر ممكن است وحشت زده بشويد و شروع كنيد به روشن كردن راكت ها اما اين تلاش بيهوده است.

از يك فاصله مطمئن از سقوط در سياهچاله چه چيز مشاهده مي شود؟

چيزي كه از دور ديده مي ود با واقعيت كمي تفاوت دارد. همچنان كه شما به افق نزديك تر مي شويد ناظر حركت شما را آهسته و آهسته تر مي بيند. او هيچ گاه رسيدن شما را به افق نخواهد ديد.

سياهچاله اي را در نظر بگيريد كه از فرو ريختن يك ستاره شكل گرفته است. در حالي كه ماده تشكيل دهنده سياهچاله فرو مي ريزد، ناظر آن را كوچك و كوچك تر مي بيند، همچنين او نزديك شدن شما را مي بيند اما نمي تواند رسيدن به افق را ببيند و اين علت نام گذاري اوليه آنها يعني ستاره هاي منجمد است. چون به نظر مي رسد آن ها در فاصله اي به اندازه كمي بيشتر از شعاع شوارتز شيلد يخ زده اند.

چرا اينگونه به نظر مي رسد؟ مهمترين مطلبي كه در اين مورد عنوان شده يك خطاي نوري است. در حقيقت شكل گرفتن يك سياهچاله يا رسيدن شما به افق زمان نامحدودي نمي برد. وقتي شما به افق نزديك و نزديك تر مي شويد، نوري كه از شما ساطع مي شود به زمان بيشتري نياز دارد تا به ناظر برسد در واقع نوري كه بدن شما در هنگام گذر از افق ناظر ديگر تصويري از شما نمي بيند و حس مي كند رسيدن به افق چه زمان نامحدودي وقت مي برد.

از زاويه ديگري نيز مي شود به اين مسئله نگاه كرد. زمان در نزديكي افق بسيار آرامتر از فضاهاي دورتر سپري مي شود. فرض كنيد فضاپيماي شما براي خروج از افق در حركت است و براي چندين ثانيه آنجا توقف مي كند (با مصرف مقداري زيادي سوخت براي جلوگيري از سقوط به داخل). سپس شما به سمت ناظري مي رويد و به او ملحق مي شويد. متوجه مي شويد در طي اين ايام او سني بيش از شما دارد، در حقيقت زمان براي شما بسيار آهسته تر (كند تر) سپري شده است تا براي او.

به نظر شما كدام يك از اين دو نظريه فريب نور يا كندي زمان درست است؟ جواب بستگي به مختصاتي داردكه طبق آن به بررسي سياهچاله ها بپردازيد. طبق مختصات معمول كه مختصات شوارتز شيلد نام دارد، زماني افق را پشت سر مي گذاريد كه مختصات t (زمان) بي نهايت است. طبق اين مختصات گذر از افق زمان بي نهايت لازم دارد. اما علت اين مطلب اين است كه مختصات شوارتز شيلد تصوير تحريف شده اي از آنچه در اطراف افق مي گذرد به ما مي دهد. در حقيقت درست در افق مختصات كاملا تحريف شده و تغيير يافته اند. در صورتي كه مختصات واحدي را در نزديكي افق انتخاب نكرده ايد متوجه مي شويد كه در هنگام گذر از افق زمان واقعا محدود است. ولي زماني كه ناظر شما را مشاهده مي كند نامحدود است. تشعشات نياز به زمان بي نهايت و نامحدودي دارند تا به چشم ناظر برسند. پس شما مي توانيد از هر دو نوع مختصات استفاده كنيد، در عمل هر دوي آنها درست هستند. فقط دو بيان متفاوت از يك مطلب ارئه مي دهند. درعمل شما از چشم ناظر پنهان خواهيد ماند قبل از اينكه زمان بي نهايت سپري شود. براي يك جسم نوري كه از طرف سياهچاله تابش مي شود به طرف سرخي و طول موجهاي بيشتر مي رود.

بنا براين در صورتي كه شما نور مرئي با طول موجهاي ثابتي ساطع كنيد، ناظر آن را با طول موج بيشتري دريافت خواهد كرد. با نزديك تر شدن شما به افق اين طول موجها افزايش مي يابند. كه درنهايت به تابش هاي نامرئي، مادون فرمز و امواج راديويي خواهند رسيد. در بعضي نقاط طول موجها به قدري زياد خواهند بود كه ناظر نخواهد توانست آن ها را مشاهده كند. از گذشته به خاطر داريد كه نور در دسته هايي به نام فوتون ساطع مي شود. تصور كنيد در حين گذر از افق فوتون هايي ساطع كنيد. قبل از گذشتن از افق آخرين فوتون ها را ساطع خواهيد كرد، اين فوتون ها در زمان محدودي به چشم ناظر خواهند رسيد - به عنوان مثال براي چنان سياهچاله پر جرمي چيزي در حدود 1 ساعت.. و پس از آن ناظر ديگر قادر به ديدن شما نخواهد بود (فوتون هايي كه پس از گذر از افق ساطع مي شوند هيچ گاه به ناظر نمي رسند)...

منبع :www.alacheegh.com

[Omid7]

مقدمه
طبق نظریه ، نسبیت عام ، گرانش انحنا دهنده فضا - زمان است. فضای حول ستاره به نحو بارزی خم می‌شود در لحظه‌ای که هسته ستاره تبدیل به حفره سیاه می‌شود. این جرم خطوط فضا زمان را مانند پیله‌ای به دور خود می‌پیچد. امواج نوری کم تحت زوایای خاصی به سمت سیاهچاله روان می‌شود. در سطح کره‌ای که هم مرکز نقطه یکتایی سیاهچاله است، تجمع می‌کنند. در فاصله معینی از سیاهچاله که بسته به جرم ستاره رمبیده دارد، جاذبه آنچنان زیاد است که نور نمی‌تواند فرار کند، به این فاصله افق حادثه گفته می‌شود.

ساختار سیاهچاله‌ها
با حل استاتیک غیر چرخشی با تقارن کروی برای معادلات میدان انیشتین این نکته مشخص می‌شود که سیاهچاله‌ها
که از یک سمت به صورت چاه عمل می‌کنند، در سطح دیگری بصورت چشمه عمل می‌کند. یعنی می‌تواند دو سطح مختلف
فضا زمان را از جهانهای گوناگون یا دو نقطه بسیار دور از جهان خودمان را به هم متصل کند. که به این حالت کرم چاله
یا پل انیشتین رزن گفته می‌شود.

سیاهچاله‌ها چگونه بوجود می‌آیند؟
هر چه ستاره‌های نوترونی بزرگتر باشد کشش جاذبه‌ای داخلی آن نیز بیشتر خواهد بود. در سال 1939 اوپنهایمر فکر کرد که نوترونها نمی‌توانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک چیز در حال از هم پاشیدن بزرگتر از 2.3 برابر اندازه خورشید بود، آنگاه نه تنها الکترونها بلکه نوترونهای آن نیز در هم می‌شکست.

همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند، دیگر هیچ چیز مطلقا وجود ندارد که از در هم پاشیدن ستاره جلوگیری کند. اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال از هم پاشیدن تصور کنید، آنگاه شما با فرو ریختن 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 1.016 تن وزن پیدا خواهید کرد.

وقتی که ستاره به در هم پاشیدن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و بطور کامل از هم پاشید، وزن شما از 15000 میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، می‌توانستیم نیروی جاذبه بر آن را حس کنیم. اما وقتی یک سیاه چاله در میان ستاره‌ها خیلی دورتر از ما قرار دارد، آیا می‌توانیم وجود آنرا اثبات کنیم؟ برای این منظور اخترشناسان دو راه آشکار شدن حدس می‌زنند.


* اول از روی جرم سحابی برای مثال اگر آنها جرمهای تمام ستارگان موجود در یک خوشه ستاره‌ای مرئی بطور قابل ملاحظه‌ای کمتر از جرم خوشه وجود داشته باشد، مرکز کهکشانها به عنوان مکانهایی تلقی می‌شوند که در آنها سیاهچاله‌ها وجود دارند. زیرا چگالی مواد در آنجا زیاد است.

* راه دوم نیز این بوده که اگر چه hc سیاهچاله‌ها هیچ تشعشعی خارج نمی‌شود، اما چیزهایی که در سیاهچاله‌ها سقوط می‌کنند. به هنگام سقوط اشعه ایکس از خود منتشر می‌کنند و هر چیز کوچکی که در سیاهچاله‌ها سقوط کند تنها مقدار کمی اشعه ایکس از خود منتشر می‌کند. این مقدار برای کشف آن در فاصله میلیونها میلیون کیلومتری کافی نخواهد بود.

در سال 1971 یک دانشمند انگلیسی به نام استفن هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه بوجود آمدن سیاهچاله‌ها هنگامی که جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز کرد اتفاق افتاده است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از این مواد آن چنان به هم فشرده شدند که تبدیل به سیاهچاله گشتند. وزن برخی از این سیاهچاله‌ها ممکن است به اندازه وزن یک سیاره کوچک و یا از آن کمتر باشد و وی آنها را سیاهچاله کوچک نامید.

نتایج تحقیقات هاوکینگ

* سیاهچاله‌ها می‌توانند وزن از دست بدهند.

* مقداری از انرژی جاذبه‌ای آنها در خارج از محدوده شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می‌شود.

* ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند از این طریق مقداری از مواد تشکیل دهنده سیاهچاله‌های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده‌اش میلیونها میلیون سال وقت لازم است. در حالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می‌شود. بنابراین هیچگاه از طریق تبخیر وزن آن کاسته نمی‌شود.

* هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده‌ای که به خود جذب می‌کند وزن از دست بدهد. بنابراین سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری به خود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی بیشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود.

* سیاهچاله‌های کوچکی که 15 میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده‌اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را که هنگام انفجار تولید می‌کنند، حساب کرد.

نواع سیاهچاله

1. شوارتس شیلد: ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.

2. رایزنر- نورد شتروم: هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند.

3. کر: چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ارگوسفر است، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.

4. کر- نیومان: هم بار دارد و هم چرخش ، همان سیاهچاله کر است، جز اینکه بار دارد، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد.

به نظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند. مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که ، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند:

اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاما یک چیز خواهد بود و تنها جرم ، بار الکتریکی 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 سیاهچاله در آید، دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم) ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.

مجهولات سیاهچاله‌ها
اگر ستاره شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تأیید تشکیل و وجود سیاهچاله بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده‌اند. با اینحال هر لحظه ممکن است این پرتوها شناسایی شوند. دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره‌ای خود ستاره ، از سطح آن می‌گریزند، در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می‌شوند و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می‌دهند.

با توجه به این نکته که لایه‌های داخلی‌تر دیسک سریعتر از لایه‌های خارجی می‌چرخند، در اثر اصطکاک لایه‌های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می‌کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می‌شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (دجاجه1-X) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) 30 کیلومتر است و برای تمامی ستاره دوتایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است.

[Omid7]

سياه چالههاي گرسنه


طبق مطالعات جديد، ممكن است تمامي سياهچالههاي كوچك و بزرگ عادات غذايي مشابهي داشته باشند. به گزارش پايگاه اينترنتي انجمن نجوم آماتوري ايران، بر طبق اطلاعات تلسكوپ اشعه ي x چاندرا و تلسكوپهاي زميني، بزرگترين سياهچالهها نيز ممكن است مانند سياهچالههاي كوچك خود را تغذيه كنند. اين كشف از مفهوم فرضيه ي نسبيت انيشتين، كه سياهچالهها در هر اندازه اي مشخصات يكساني دارند، حمايت ميكند و براي پيش بيني احتمالي مشخصات انواع جديد سياهچالهها مفيد خواهد بود. اين نتايج با رصدهايي دنباله دار و طولاني كهكشان مارپيچي ,M81 كه حدود ۱۲ ميليون سال نوري از ما فاصله دارد، بدست آمده اند. در مركز اين كهكشان سياهچالهاي وجود دارد كه جرمش حدود ۷۰ ميليون بار از جرم خورشيد بيشتر است و هنگامي كه گاز را با سرعت بسيار زيادي به ناحيه مركزي كهكشان و به درون خود ميكشد، انرژي و تشعشعاتي از خود توليد مي كند. در نقطه ي مقابل، سياهچالههايي با جرمهاي ستارهاي كه حدود ۱۰ بار از خورشيد پرجرم تر هستند، منبع غذايي متفاوتي دارند. اين سياهچالههاي كوچكتر، مواد جديد را با جذب گاز از يك ستاره ي همدم بدست ميآورند. چون سياهچالههاي بزرگ و كوچك در محيطهاي مختلف و با منابع غذايي مختلف يافت ميشوند، اين سوال باقي ميماند كه آيا با يك روش تغذيه ميشوند؟ يك گروه تحقيقاتي با استفاده از اين رصدها و مدلهاي فرضي،مشخصات سياهچاله M81 را با سياهچالههاي كم جرم مقايسه كردند كه نتايج نشان مي دهند چه سياهچالههاي بزرگ و چه كوچك، همانند يكديگر تغذيه ميكنند و پرتوهاي مرئي، اشعه- x و راديويي مشابه توليد ميكنند.
يكي از مفاهيم فرضيه ي نسبيت عام انيشتين اين است كه سياهچالهها اجرام سادهاي هستند و فقط چگالي و چرخش آنها باعث تاثير بر فضا- زمان ميشود. آخرين تحقيقات نشان ميدهد كه عليرغم تاثيرات پيچيده بر محيط، اين سادگي خود را نشان ميدهد. سرا ماركوف از موسسه ي اخترشناسي دانشگاه آمستردام هلند كه رياست اين تحقيقات را برعهده دارد، ميگويد: اين قضيه تاييد ميكند كه روشهاي تغذيه ميتواند براي سياهچالههايي با اندازههاي مختلف تا حد زيادي مشابه باشد؟ و ما نيز همين گونه فكر ميكرديم؟ ولي تا كنون قادر نبوده ايم به آن دست پيدا كنيم. مدلي كه ماركوف و همكارانش از آن براي مطالعه ي سياهچالهها استفاده مي كردند، صفحهاي محو از مواد در حال چرخش را به دور سياهچاله در بر داشت. مايكل نوواك از موسسه تكنولوژي ماساچوست ميگويد: وقتي ما به اين داده ها نگاه ميكنيم، به نظر ميرسد مدل ما همانگونه كه براي سياهچالههاي كوچك صدق ميكند، براي سياهچاله ي درون M81 نيز عملكردي مشابه دارد. هه چيز در اطراف اين سياهچاله ي غول پيكر مشابه است و فقط ۱۰ ميليون بار بزرگتر است. در ميان سياهچالههايي كه فعالانه در حال تغذيه هستند، سياهچاله موجود در M 81 از همه تاريكتر است و شايد به علت اين كه به طور كامل تغذيه نميشود.
اگرچه به دليل نزديكي نسبياش به ما ، يكي از پرنورترين سياهچالههايي است كه از زمين ديده ميشود كه باعث شده رصدهايي با كيفيت بالا بر روي آن انجام گيرد. اندرو يانگ از دانشگاه بريستول انگلستان ميگويد: به نظر ميرسد كه سياهچالههايي كه تغذيه كافي ندارند! آسانترين سياه چالهها براي تحقيق باشند. اين موضوع شايد به اين دليل است كه ميتوانيم فضاهاي نزديكتر سياهچاله را مشاهده كنيم. علاوه بر چاندرا تلسكوپهاي ديگري نيز از روي زمين براي انجام تحقيقات بر روي M81 به كار گرفته شده اند. اين رصدها به صورت همزمان انجام شدند تا تغييرات روشنايياي كه از تغييرات ميزان تغذيه سياهچاله ناشي ميشوند باعث گمراه شدن نتايج نگردد. چاندرا تنها ماهواره ي اشعه- x است كه قادر به جداسازي پرتوهاي x ضعيف سياهچاله از تشعشعات باقي كهكشان ميباشد.

[Omid7]

رصد سیاهچاله ها


اگر چه ما عملا قادر به دیدن سیاه چاله ها نیستیم اما می توانیم اثار آن را در نزدیکی مواد مشاهده کنیم . با این حال حتی مشاهده ی این آثار نیز مشکل است ،زیرا معمولا نور مادون قرمز ابرهای غبار و گاز دید ما را مختل می کند .
هم اکنون ستاره شناسان با بهره گیری از یک ***** قطبنده مادون قرمز ،روشی را برای رفع این اختلال و آلودگی نوری در منظره ی دیسک های اطراف سیاه چاله ها یافته اند. عملکرد این تکنیک ویژه ی زمانی است که ناحیه اطراف سیاه چاله فورا یک مقدار جزئی از نور پراکنده شده را از خود ساطع کند. از آنجاییکه نور پراکنده شده قطبی است ، ستاره شناسان می توانند با استفاده از یک ***** که عملکرد آن مشابه یک عینک آفتابی پولاریزه در تلسکوپ های بزرگ است ، این مقدار کوچک نور پراکنده شده را آشکار سازی کرده و با دقت بی سابقه ای اندازه گیری کنند . دانشمندان این دیسک های درخشان را بطور نظری در اطراف سیاه چاله پیش بینی کرده اند اما تا کنون نتوانسته اند آنها را مشاهده کنند.

تلسکوپ مادون قرمز United Kingdom (UKIRT) در موناکی هاوایی دارای ***** مادون قرمزی است که قطبسنج(IRPOL) نام دارد . چندین سال است که ستاره شناسان با استفاده از UKIRT و IRPOL و دیگر تلسکوپ ها در جستجوی مدارکی هستند که اثبات کند که یک چنین سیاهچاله ی ابرسنگین درخشان ، مواد را در یک ساختار مخصوص دیسک مانند متحد می کنند، و این دیسک با استفاده از انرژی بستگی گرانشی سیاهچاله مستقیما شروع به تابش می کند. نظریه پردازان مدتها تصور می کردند که چنین دیسک هایی می بایست وجود داشته باشند و در این مورد نیز نظریات قوی وجود دارد ، اما تا کنون این نظریات و مشاهدات با یکدیگر متناقض بوده اند.

دکتر Makoto Kishimoto از موسسه ی ماکس پلانک و محقق اصلی این پروژ می گوید : پس از سال ها جدال ، سرانجام ما مدارک قانع کننده ای را بدست آورده ایم که وجود این دیسک را در اطراف سیاه چاله اثبات می کند.

این نظریه هم اکنون با موفقیت در ناحیه ی خارجی دیسک در حال بررسی و آزمایش است و این به فهم بهتر نواحی خارجی دیسک که به سیاهچاله نزدیکتر هستند کمک خواهد کرد.

ناحیه ی خارجی دیسک از خود آن مهم تر است . روش هایی را که ما از آنها در اثبات این نظریه بکار می گیریم می توانند به برخی از پرسشهایی که در مورد مرز خارجی دیسک مطرح هستند پاسخ گوید.

دکتر Robert Antonucci از دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا و از محققین این پروژه در این باره می گوید : فهم ما از فرایندهای فیزیکی در دیسک هنوز قدری کم هست اما همین دانش کم حداقل ما را از تصاویر مطمئن می کند .

ستاره شناسان امیدوارند این روش جدید اطلاعات بیشتری را در مورد دیسک های اطراف سیاهچاله ها در آینده ی نزدیک فراهم کنند .

[Omid7]

تبخیر سیاهچاله ها


تابش هاوکینگ یک فر آیند نظری است که بر اساس آن سیاهچاله ها ممکن است به هیچ ، تبخیر شوند . از آنجا که شواهد تجربی برای اثبات این موضوع وجود ندارد وابهامات جدی در مورد پایه های نظری این فرآیند وجود دارد ، در این که آیا تابش هاوکینگ می تواند موجب تبخیر سیاهچاله ها شود یا نه ، جای شک و تردید باقی است.

بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی ، حتی خالی ترین فضاها هم کاملا خالی نیستند! بلکه دریایی از انرژی هستند با نوسان هایی موج مانند.ما نمی توانیم مستقیما این دریای انرژی را مشاهده کنیم.،زیرا هیچ سطح انرژی پایین تر از سطح انرژی آنها وجود ندارد که بتوانیم این انرژی را با آن مقایسه کنیم.مطابق با اصل عدم قطیعت هایزنبرگ ، این امکان وجود ندارد که بتوانیم مقدار حقیقی هر جسمی را متوجه شویم . این مساله بیشتر مربوط به زمانی است که با مقدار های کوچک سرو کار داریم . نوسانات موجود در این دریا ، جفت هایی از ذرات را تولید می کنند . که یکی از آنها ماده ودیگری ضد ماده است (نظریه ی نسبیت خاص، برابری ماده وانرژی را اثبات می کند یعنی ماده می تواند به انرژی تبدبل شود و بالعکس ) . به طور معمول هر کدام از این ذرات به زوج های جفت ضد خود برخورد می کنند و دوباره به انرژی تبدیل می شوند ودر کل بین ماده وانرژی تعادل برقرار می شود.

بر اساس نظریه ی تابش هاوکینگ ، چنان چه یکی از این جفت ذرات درنزدیکی افق رویداد یک سیاه چاله ایجاد شود ؛ پیش از آنکه برخوردی بین آنها رخ بدهد ، این احتمال وجود دارد که یکی از این دو ذره به درون سیاهچاله سقوط کند و دیگری از آن بگریزد . از دید یک ناظر خارجی ، سیاهچاله فقط یک ذره از خود تابش کرده است و بنابراین اندکی از جرم خود را از دست داده است.

اگر نظریه ی تابش هاوکینگ درست باشد ، انتظار می رود تنها سیاهچاله های بسیار کوچک از این طریق تجزیه شوند . به عنوان مثال یک سیاهچاله با جرم ماه به همان اندازه که به وسیله ی تابش هاوکینگ ، جرم از دست می دهد ، از طریق تابش پس زمینه ی مایکروویو کیهانی ، انرژی (و در نتیجه اصل برابری ماده – انرژی ، ماده)به دست می آورد . بنابر این سیاهچاله های بزرگتر ، انرژی که کوچکترین سیاهچاله ای که در حال حاضر به صورت طبیعی می تواند شکل بگیرد ، جرمی 5 برابر جرم خورشید دارد ، لذا سیاهچاله باید به مراتب جرمی بیشتر از جرم ماه زمین داشته باشند و تابش هاوکینگ نمی تواند روی آنها تاثیر گذار باشد.

با گذشت زمان ، تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی ضعیف تر می شود و در نهایت آن قدر ضعیف می شود که تابش هاوکینگی که سیاهچاله از خود ساطع می کند ، از انرژی ای که از تابش پس زمینه ی مایکروویو کیهانی به دست می آورد ، بیشتر می شود . در نتیجه ، از طریق این فرآیند حتی بزرگترین سیاهچاله ها هم تبخیر خواهند شد ، ولی این تبخیر شدن ممکن است بیش از 600^10 سال به طول بیانجامد.

[Omid7]

سیاهچالهها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد میباشند (بیش از ۵ برابر جرم خورشید). یکی از خصوصیات آنها گرانش زیاد آنها است که حتی نور را هم در خود جذب میکند.(این برداشت که نور جذب سیاه چالهها میشود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شده است که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا میکند که در سیاه چالهها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان میشود و چون نور در این فضا-زمان حرکت میکند به ناچار وارد سیاه چاله میشود) گفتنی است

مهمترین یافتههای اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپاخترها و اخترنماها هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند.

کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازهای از اشیای آسمانی شد.

این پدیده ها، سیاهچاله نامیده میشوند زیرا حتی نور توانایی گریز ندارد(به عبارت فیزیکی سرعت فرار آن از سرعت نور بیشتر است) و بدنی جهت تاریک دیده میشوند محوطهای که در دید تاریک دیده میشود افق رویداد و به شعاع آنشعاع شوارتزیلد میگویند.

اخترفیزیکدانان، سیاهچالهها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ زندگی ستارگان بسیار بزرگ میدانند. دانشمندان، سیاهچالهها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومیپاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کرده اند. نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کرده است.

اگر یک سیاهچاله در فضای خارجی کشف شود. این رویدادها برای فیزیک و اخترشناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمیتواند سیاهچاله را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله وجود داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفت.

[Omid7]

تبدیل ستارگان بزرگ به سیاهچالهها
ابتدا برای فهم بهتر سیاهچاله ها بد نیست این را بدانید سیاهچاله ها به قدری متراکمند که اگر کل کره ی زمین

قطرش به ۰/۹ سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل میگردد.

بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱٫۴ برابر خورشید است چه میآید؟ حتی نیروی قوی نیز نمیتواند سرعت فرو

پاشی درونی آن را متوقف سازد. و این ستاره کاملاً فرو میپاشد و از مرحله ستاره نوترونی فراتر رفته و حتی به یک

شی کوچکتر و چگال تر یعنی سیاهچاله تبدیل میشود.اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کرد ان

به یک سیاه چاله تبدیل میشود شعاع شوارتز شیلد زمانی ایجاد می شود که سرعت گریزه از جاذبه به سرعت نور

برسد

فروپاشی کامل به معنای آن نیست که سیاهچاله از روی صفحه جهان محو میشود. همان طور که بهوسیله اینشتین

توصیف شده است ساختار فضا- زمان فرو پاشی بی پایان را منتفی میکند و به جای آن یک انحنای غیر مادی،

نامرئی و واقعی فضا را به وجود میآورد. یک سیاهچاله را میتوان به مرد نامرئی سنگین وزنی تشبیه کرد که روی

یک نیمکت نشسته است. او دیده نمیشود ولی وزن او در نیمکت فرورفتگی ایجاد میکند.

سیاهچاله برای فیزیکدانان نظری چیز تازهای نیست. در سال ۱۹۳۹ج. اوپنهایمرو هارتلند و اس. اشنایدر برای

نخستین بار سیاهچالهها را به عنوان نتیجهای از نسبیت عمومی پیشنهاد کردند ولی در آن زمان برای تشخیص آنها

هیچ راه معلومی وجود نداشت. اما با پیشترفت اخیر اخترشناسی رادیویی و کشف علائم رادیویی توضیح ناپذیر از

اعماق فضا، سیاهچالهها به صورت موضوع بسیار مهم اخترشناسی درآمده اند. دانشمندان معتقدند که این اشیای

نظری پدیدههای با انرژی فوق العاده چون اختر نماها و تپ اخترها میتوانند نقشی داشته باشند. سیاهچالهها و

ستارگان نوترونی تنها اشیای شناخته شده در فیزیک هستند که برای انجام مشاهدههای اخترشناختی روی چنان

فرستندههای بسیار نیرومند تشعشع، به اندازه کافی فشرده و پر جرمند.


ویژگی سیاهچالهها
فیزیکدانان به یاری تجهیزات کوچک، توصیف نسبتاً جامعی از سیاهچالهها به دست داده اند. به باور دکتر جان ویلر و

دکتر رئو روفینی از دانشگاه پرینستون سیاهچالهها اندازه و شکلی به مفهوم قراردادی آن ندارند اما آنها در محدوده

یک قطر ۱۵ کیلومتری عمل میکنند. سیاهچالهها جرمهای متفاوتی بین جرم خورشید و صد میلیون برابر جرم

خورشید دارند. سیاهچالهها مثل گرداب عمل میکنند. هر جرم با انرژی سرگردانی که به یک سیاهچاله نزدیک شود

(در داخل فاصله معینی که افق آن خوانده میشود) بطور مقاومت ناپدیری به درون گرداب، که همان سیاهچاله، است

کشیده میشود. نیروهای کشندی شدید درون سیاهچالهها ماده را در یک سمت میکشد و منبسط میکند و در

سمت دیگر میفشرد و خرد میکند. تا آن که آن ماده به کلی تجزیه و جزء فضای خمیده و سیاهچاله شود.

خواص دیگر سیاهچالهها از این هم عجیب تر است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده

ردو بدل میکنند. هر شی در شرایط عادی اندازه خود را نگه میدارد ولی نمیتواند از عمر فیزیکی بگریزد. در درون

سیاهچاله بر اشیا عمری نمیگذرد، ولی مداوماً کوچکتر میشوند. مشاهده کنندگان سیاهچاله از فاصله مطمئن و

ایمنی نمیتوانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر انرژی، تحت تأثیر مکش سیاهچاله است.

همچنانکه نور به درون آن کشیده میشود، به طور بی پایانی به انتهای قرمز طیف رنگها تغییر مکان میدهد و

سیاهچاله را سیاه و بنابراین نامرئی میکند. اگر سیاهچالهها اندکی مرئی بودند، مشاهده کنندگان، این ستارگان را

درست آن گونه که پیش از فروپاشی هزاران میلیون سال پیش رخ داده بود میدیدند. علت آن است که وقتی ستاره به

سیاهچاله تبدیل میشود، نسبت به ناظران بیرونی بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف میشود. به عقیده جان ویلر

و دکتر روفینی (علائم و اطلاعات مربوط به مرحلههای بعدی فرو پاشی هرگز نمیگریزند، بلکه در فرو پاشی خود

هندسه (زمانی و مکانی) درگیر میشوند.)


تعداد سیاهچالهها در جهان:
به عقیده ای.جی.دابلیو. کامرون از دانشگاه یشیوا ممکن است جهان پر از سیاهچاله باشد. نظریه کیهانشناسی

پیش بینی میکند که جهان شامل مقدار مشخصی ماده است. اما اخترشناسان از مشاهده هایشان استنباط

کردهاند که تقریباً ماده به اندازه کافی وجود ندارد تا این پیش بینیها را عملی سازد. ماده مشاهده شده به اندازه قابل

ملاحظهای کمتر از ماده پیش بینی شده است. دکتر کامرون بر آن است که ماده گمشده ممکن است به وسیله شمار

زیادی سیاهچاله بلعیده شده باشد.

تاریخ شیمیایی جهان نشان میدهد که نخستین ستارگانی که تشکیل شدهاند بسیار بزرگ بودهاند و انتظار میرود به

سیاهچالهها تبدیل شوند. با قطعیت نمیتوان گفت که همه ستارگان ناگزیر به سیاهچالهها مبدل میشوند.

دانشمندان نشان دادهاند که ستارگان نا متقارن ستارگانی که تقارن کروی تقریباً کامل ندارند به این سرنوشت دچار

میشوند. اما به عقیده وای. ب. زلدوویچ فیزیکدانان شوروی و گروه انگلیسی استیون هاوکینگ، راجر بن روز و روبرت

چراک، عدم تقارن شکلی کوچک، یک ستاره بزرگ را نجات نخواهند داد.


آشکارسازی سیاهچالهها:
یک از راههای کشف سیاهچالهها استفاده از امواج گرانشی است که هنگام فروپاشی گسیل میدارند. هر جرم

اختری از حیث شکل نامتقارن تششع ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. جوزف وبر از

دانشگاه مریلند، پیش کسوت رشته تشعشع گرانشی، رویدادهای زیادی را کشف کرده است که حاکی از ویرانی

وسیع ماده در جهان، از راه فروپاشی گرانشی است. کارافزار او عبارت است از آنتنهای آلومینیومی، ابزاری که

بهوسیله سیمهایی در داخل اتاقهای حفاظ داری آویزانند. این کار افزار او قادر به کشف سیاهچاله است، اما متاسفانه

این کار را نمیتواند به دقت انجام دهد.

[Omid7]

سیاهچاله های عظیم الجثه
دانشمندان بر این باورند که همه کهکشانها دارای یک سیاهچاله عظیم الجثه در مرکز خود می باشند. گمان می رود جرم هریک از این سیاهچاله ها بین یک میلیون تا یک بیلیون جرم خورشیدی باشد. ستاره شناسان به اینکه این سیاهچاله ها بیلیونها سال پیش در اثر گازهای متمرکز شده در مرکز کهکشانها تولید شده باشند مظنون می باشند.
دلایلی قطعی وجود یک سیاهچاله عظیم الجثه در مرکز کهکشان راه شیری را اثبات میکنند . ستاره شناسان بر این باورند که این سیاهچاله یک منبع عظیم از امواج رادیویی به نام سگیتاریوس آ (Sagittarius A* (SgrA*)) می باشد. مهمترین دلیل برای اینکه ثابت نماید SgrA یک سیاهچاله عظیم الجثه است، سرعت حرکت ستاره ها به دور آن است. سریعترین ستاره که تا به حال در کهکشان راه شیری مشاهده شده هر 2/15 سال یکبار به دور SgrA با سرعت 5000 کیلومتر (3100 مایل) در ثانیه گردش می نماید. حرکت این ستاره، ستاره شناسان را متقاعد می کند که شئ سنگینی چندین میلیون برابر جرم خورشید در مرکز مدار این ستاره وجود دارد.تنها جرم شناخته شده که می تواند به این سنگینی باشد و در مرکز مدار این ستاره قرار بگیرد یک سیاهچاله است.
سیاهچاله های کهکشانی
اغلب ستاره شناسان بر این باورند که کهکشان راه شیری— کهکشانی که منظومه شمسی ما در آن قرار گرفته – شامل میلیونها سیاهچاله است. دانشمندان تعدادی از آنها را در راه شیری پیدا کرده اند. این اجرام در ستاره های دوتایی که اشعه ایکس صادر می کنند می باشند. یک ستاره دوتایی، یک جفت ستاره اند که دور یکدیگر می چرخند.
در یک ستاره دوتایی که شامل یک سیاهچاله و یک ستاره معمولی است، ستاره در فاصله نزدیکی از سیاهچاله در گردش است. در نتیجه، سیاهچاله گازهای ستاره را به شدت به درون خود فرو می برد. سایش و اصطکاک اتم های موجود در این گازها در منطقه افق رویداد دمای گازها را به چندین میلیون درجه می رساند. به دنبال آن، انرﮊی به صورت اشعه ایکس از این گازها متشعشع می گردد. ستاره شناسان این تشعشعات را با استفاده از تلسکوپ اشعه ایکس تشخیص می دهند.
__________________

[Omid7]

یک تصویر تخیلی و غیرواقعی از سیاهچاله!
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 تئوری جاذبه در حال حاضر تئوری نسبیت عام انیشتن است، در مورد سیاهچاله و جزئیاتش باید طبق این تئوری 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 نهایتاً 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. در این حالت سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی كه لازم است تا یك شیء را از جاذبه ی 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 نتیجتةً سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبكتر سرعت فرار كمتری خواهد داشت. سرعت فرار در زمین Km/s 11.2 یا 25000 m/h است. در حالی كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 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 شیئی نمی تواند سریعتر از نور سیر كند پس هیچ شیئی 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. تقریباً بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، كارل شوارتز شیلد یك راه حل ریاضی برای معادلات تئوری این اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصی چون اُپنهایمر و ولكف واشنایدر در دهه 1930 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 4 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.

افق رویداد
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. در درون 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 = 0 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 مقاله ی بعدی راجع به اندازه ی سیاهچاله ها سخن گفته خواهد شد.

[Omid7]

ما از کلمه ی اندازه دو معنی می توانیم داشته باشیم: در اولین جنبه می گوییم این جسم چه اندازه جرم دارد و در جنبه دیگر می گوییم چه اندازه حجم دارد. 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 ستارگانِ پرجرم تشكیل یافته اند، بنا بر این باید به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم یك سیاهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشید است، یعنی جرمی معادل 1031 كیلوگرم. هر چه جرم سیاهچاله بیشتر باشد فضای بیشتر اشغال خواهد كرد. در حقیقت شعاع شوارتز شیلد (شعاع افق) با جرم نسبت مستقیم دارد. اگر سیاهچاله ای 10 برابر یك سیاهچاله دیگر جرم داشته باشد، شعاعش نیز 10 برابر دیگری خواهد بود. شعاع افق سیاهچاله ای هم جرم خورشید 3 كیلومتر است. بنا بر این، اگر سیاهچاله ای 10 برابر خورشید جرم داشته باشد شعاع افقش 30 كیلومتر خواهد بود و سیاهچاله ای كه در مركز یك كهكشان با جرم یك میلیون برابر خورشید، 3 میلیون كیلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است این مقدار شعاع افق رویداد زیاد به نظر برسد ولی با استانداردهای نجومی خیلی هم عجیب نیست. به عنوان مثال شعاع خورشید 700000 كیلومتر است و یك سیاهچاله بسیار بسیار سنگین شعاعی فقط در حدود 4 برابر خورشید دارد.

خواص سیاهچاله

خواص سیاهچاله ها بسیار عجیب است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده رد و بدل می کنند!! قوانین طبیعی شکسته می شوند! هر شیء در شرایط عادی اندازه خود را نگه می دارد ولی نمی تواند از عمر فیزیکی بگریزد. سیاهچاله ها مداماً کوچکتر می شوند. مشاهده گران نمی توانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر انرژی، تحت تاثیر مکش حفره سیاه است. اما چرا پدیده های درون سیاهچاله ها قابل مشاهده نیست؟ علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله تبدیل می شود، نسبت به ناظران خارج، بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف می شود! به عقیده دکتر ویلر و دکتر روفینی: علائم و اطلاعات مربوط به مرحله های بعدی فرو پاشی هرگز نمی گریزند، بلکه در فرو پاشی هندسه ی «زمانی و مکانی» درگیر می شوند.

سیاهچالهها چگونه بوجود میآیند؟

سیاهچاله ها و ستارگان نوترونی، ستارگانی هستند که بینهایت فشرده شده اند. در واقع اتمها و الکترونها و پروتونها و نوترونها در داخل هم فرو ریخته اند، در نتیجه کاملا فشرده شده اند.
ستارگان بینهایت میل دارند که فشرده شوند، ولی نیرو و انرژی هسته ای در مرکز آنها از فشرده شدن آنها جلوگیری می کند. و زمانی که انرژی هسته در مرکز یک ستاره متوقف شود، دیگر چیزی نیست که جلوی فشرده شدن ستاره بر اثر گرانش را بگیرد، و ستاره تا جایی که بتواند فشرده می شود. هر چقدر جرم ستاره بیشتر باشد، بیشتر فشرده می شود. تا زمانی که الکترون ها و پروتونها در درون همدیگر فرومی ریزند و به نوترون تبدیل می شوند. در نتیجه یک ستاره ی نوترونی تشکیل می شود. ولی اگر جرم ستاره آنقدر زیاد باشد که نوترونها هم نتوانند جلوی فشرده شدنش را بگیرند، درنتیجه نوترونها هم، در هم خرد می شوند، و ستاره بینهایت فشرده می شود. معلوم نیست که این فشرگی تا کجا ادامه می یابد، ما دیگر چیزی را نمی شناسیم که بتواند جلوی آن را بگیرد!

انحنای فضا توسط یک سیاهچاله
هر چه ستارههای نوترونی پر جرم تر باشند کشش جاذبهای سطحی آنها نیز بیشتر خواهد بود. در سال 1939 اوپنهایمر فکر کرد که نوترونها نمیتوانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک ستاره ی در حال فشرده شدن، بزرگتر از 2.3 برابر اندازه خورشید بود، آنگاه نه تنها الکترونها بلکه نوترونهای آن نیز در هم میشکست. همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند، دیگر هیچ چیز مطلقاً وجود ندارد که از فشرده شدن ستاره جلوگیری کند. اگر شما خود را روی سطح یک توده در حال فشردن تصور کنید، آنگاه شما با فشردن آن جسم، به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر خواهید شد. و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر وبیشتری را حس خواهید کرد. تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد، شما بیش از 1.016 تن وزن پیدا خواهید کرد! وقتی که ستاره به فشردن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و بطور کامل «تکینه» شد، وزن شما از 15000 میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، میتوانستیم نیروی جاذبه را حس کنیم!!