کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

سیاه‌چاله‌ها شاید کابوس‌وارترین موجودات جهان ما باشند. این مکان‌های مرموز در فضا مانند تونل‌های تاریک طولانی به سمت ناکجاآباد می‌روند و کشش گرانشی آن‌چنان زیادی دارند که هیچ چیز نزدیک آن‌ها نمی‌تواند از بلعیده شدن فرار کند؛ چرا که هر چیزی که وارد آن‌ها می‌شود، هرگز بیرون نمی‌آید!

به‌همین دلیل سیاه‌چاله‌ها به‌اندازه فضای خالی و تاریک اطراف آن‌ها بی‌نور هستند و برای چشم‌های ما انسان‌ها نامرئی هستند. اما دانشمندان می‌دانند که آن‌ها وجود دارند؛ نه به این دلیل که می‌توانند یک سیاه‌چاله واقعی را ببینند، بلکه به این دلیل که انقباض گرانشی فوق‌العاده یک سیاه‌چاله بر مدار ستاره‌ها و گازهای مجاور تأثیر می‌گذارد. استدلال دیگر دانشمندان، تشعشعات قابل تشخیصی است که در اثر گرم شدن گاز مکش‌شده منتشر می‌شوند. در واقع، این تشعشعات قوی منجر به کشف اولین سیاه‌چاله با نام Cygnus X-1 در صورت فلکی ماکیان، در سال 1964 شد.

اگر همه این‌ها شبیه داستان‌های علمی-تخیلی به‌نظر می‌رسند، پیشنهاد می‌کنم به خواندن ادامه بدهید تا متوجه شوید چقدر همه چیز مرموز و پیچیده است. در واقع، دانشمندان هر چه بیش‌تر درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها کشف می‌کنند، ما متوجه می‌شویم که سیاه‌چاله‌ها حتی از داستان‌های علمی-تخیلی هم عجیب‌تر هستند. در این مطلب به 10 حقیقت عجیب درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها می‌پردازیم.

درون سیاه‌چاله‌ها چه خبر است؟

دانشمندان هنوز به‌طور قطعی نمی‌دانند چه چیزی در انتظار فردی است که در مجاورت سیاه‌چاله‌ها قرار می‌گیرد. آیا او توسط یک سیاه‌چاله جذب می‌شود یا فقط توسط نیروهای جزر و مدی از هم جدا می‌شود؟ آیا ممکن است همان‌طور که در فیلم علمی-تخیلی آمریکایی میان ستاره‌ای (Interstellar) دیده‌ایم، او دیوار پشتی یک قفسه کتاب را در آنجا پیدا کند؟ هنوز هیچ چیز مشخص نیست.

در مقاله‌ای که در سال 2015 مقام محبوب‌ترین مقاله را به‌خود اختصاص داد، Amanda Gefter، خبرنگار BBC Earth پیش‌بینی می‌کند که تا زمانی که یک فرد به یک سیاه‌چاله برسد، واقعیت به دو قسمت تقسیم می‌شود. در وهله‌ی اول ممکن است اون به‌طور کامل نابود شود؛ اما در وهله‌ی دوم او زنده می‌ماند و به اعماق سیاه‌چاله فرود می‌رود و چیز‌هایی را می‌بیند که برای بشریت هنوز ناشناخته است.

واقعیت این است که بر اساس یک‌سری قوانین فیزیکی، هیچ چیزی (یعنی هیچ جسم فیزیکی از جمله انسان) قادر به عبور از سیاه‌چاله‌ها نیست و باید نابود شود. از سوی دیگر، قوانین فیزیک دیگری وجود دارند که می‌گویند شخص یا هر جسم دیگری می‌تواند زنده و بدون آسیب،‌ بدون این‌که در مسیر خود با یک پدیده خطرناک غیرعادی روبرو شود، در سراسر سیاه‌چاله پرواز کند. در غیر این صورت، تئوری نسبیت عام نقض خواهد شد.

دانشمندان این ترکیب متناقض را «پارادوکس ناپدید شدن اطلاعات در سیاه‌چاله» می‌نامند. اما لئونارد ساسکیند، فیزیک‌دان برجسته آمریکایی، نظر متفاوتی دارد؛ او متوجه شد که چیزی به نام پارادوکس وجود ندارد. در واقع، فقط دو حالت انسانی بر حسب برداشت افرادی که در سیاه‌چاله سقوط کرده‌اند و کسانی که این فرآیند را مشاهده می‌کنند توضیح داده می‌شود. این دو نفر دیگر هرگز هم‌دیگر را ملاقات نخواهند کرد و نمی‌توانند مشاهدات خود را با هم مقایسه کنند. بنابراین، قوانین فیزیکی نقض نمی‌شوند.

در سیاه‌چاله‌ها زمان و فضا بی‌نهایت تعریف می‌شوند

فرض کنید در نزدیکی یک سیاه‌چاله در حال پرواز هستید. کشش گرانشی شدید آن به‌طور غیرقابل وصفی زمان را کند می‌کند و فضا را منحرف می‌کند. شما هرچه بیش‌تر نزدیک‌تر می‌شوید، ستاره‌ها، گازها، غبار و سیارات بیش‌تری را می‌بنید که در حال رفتن به یک نقطه بدون بازگشت هستند. به‌عبارتی دیگر، گرانش سیاه‌چاله هیچ راه فراری را برای شما نمی‌گذارد. زمانی که در حال غرق شدن به سمت مرکز سیاه‌چاله هستید، به‌شدت کشیده می‌شود و مانند یک اسپاگتی نازک می‌شوید. در واقع، شما یک نقطه بسیار بسیار کوچک هستید که همراه با حجم عظیمی از مواد در حال غرق شدن در یک نقطه نامعلوم هستید. به‌عبارت دیگر، شما در مکانی که قوانین فیزیک را مانند یک کاغذ مچاله می‌کند و دور می‌اندازد، بلعیده و نابود می‌شوید. بله، سیاه‌چاله‌ها در همین حد ترسناک و غیرقابل وصف هستند.

اکنون بیایید از یک دید دیگر نگاه کنیم؛ همان‌طور که به عمق سیاه‌چاله می‌روید، فضا و زمان به پیچ‌و‌تاب ادامه خود می‌دهند و در مرکز آن بی‌نهایت می‌شوند. این نقطه به‌عنوان تکینگی گرانشی شناخته می‌شود. به بیان دقیق، خود مفاهیم «فضا» و «زمان» در آن معنایی ندارند، بنابراین تمام قوانین شناخته‌شده فیزیک دیگر برای توصیف این دو مفهوم کاربرد ندارند.

کیپ تورن، مشاور علمی کاگردان معروف فیلم میان ستاره‌ای، کریستوفر نولان و نویسنده کتاب‌های علمی، انحنای فضا را با مورچه‌ای روی ترامپولین مقایسه می‌کند. مورچه‌ای (یک مرد) را تصور کنید که روی یک ترامپولین (جهان) کودکان زندگی می‌کند که در وسط آن سنگ بسیار سنگینی قرار دارد. همان‌طور که سطح ترامپولین زیر وزن این سنگ خم می‌شود، فضای کیهان ما نیز در اطراف یک جسم عظیم خم می‌شود. زمان (که با فرمول‌های نظریه نسبیت به فضا مرتبط است) نیز تحریف شده است.

سیاه‌چاله‌ها در اندازه‌های مینیاتوری، متوسط و بزرگ هستند

سیاه‌چاله‌هایی که جرم ستاره‌ای متوسطی دارند، رایج‌ترین نوع هستند. آن‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که یک ستاره عظیم در حال مرگ منفجر شود و هسته باقی‌مانده از وزن گرانش آن فرو بپاشد. در نهایت، این ستاره در حال مرگ به یک تکینگی کوچک و بی‌نهایت متراکم، فشرده می‌شود که مرکز سیاه‌چاله را تشکیل می‌دهد. بنابراین، در حقیقت سیاه‌چاله‌ها واقعاً چاله نیستند؛ بلکه نقاطی از ماده بسیار فشرده با ردپای یک نیروی گرانشی بسیار بزرگ هستند. سیاه‌چاله‌های با جرم ستاره‌ای معمولاً حدود 10 برابر بیش‌تر از خورشید وزن دارند. اگرچه دانشمندان تعداد کمی را کشف کرده‌اند که به‌طور قابل توجهی بزرگ‌تر هستند.

سیاه‌چاله‌های کلان پرجرم، بزرگ‌ترین سیاه‌چاله‌های جهان هستند که جرم برخی از آن‌ها میلیاردها برابر خورشید منظومه‌ی شمسی ما است. دانشمندان به‌طور کامل نمی‌دانند که آن‌ها چگونه شکل می‌گیرند، اما این غول‌های عظیم آسمانی ممکن است اندکی پس از یک انفجار بزرگ ظاهر شده باشند و اعتقاد بر این است که در مرکز هر کهکشانی، حتی کوچک‌ترین کهکشان‌ها وجود دارند. کهکشان راه شیری خودمان نیز به دور سیاه‌چاله قوس A (یا Sgr A) که دارای جرمی حدود 4 میلیون خورشید است به‌طور مارپیچی می‌چرخد.

محققان هم‌چنین اخیراً سیاه‌چاله‌هایی را کشف کرده‌اند که به‌نظر می‌رسد مواد و گازها را با سرعت کم‌تری می‌بلعند؛ این بدان معنا است که اشعه ایکس کم‌تری ساطع می‌شود و در نتیجه تشخیص آن‌ها سخت‌تر است. ستاره‌شناسان هم‌چنین بر این باورند که سیاه‌چاله‌های اولیه کوچکی در چند ثانیه پس از یک انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. انسان‌ها هنوز در مورد این سیاه‌چاله‌های کوچکِ مرموز چیزی نمی‌دانند، اما شما در این حد بدانید که کوچک‌ترین آن‌ها ممکن است از یک اتم کوچک‌تر باشد و در عین‌حال با جرم یک سیاره برابری داشته باشد. عملا سیاه‌چاله‌ها تصورات ما را از فیزیک به هم می‌ریزند.

در سیاه‌چاله‌ها همه چیز سیاه نیست

طبق نظریه استیون هاوکینگ، سیاه‌چاله‌ها کاملاً سیاه نیستند؛ در واقع، آن‌ها ذرات را ساطع می‌کنند. به‌عبارتی دیگر، یک سیاه‌چاله رنگ ندارد و این فقط به این معنی است که هر چیزی که در آن می‌افتد هرگز به عقب باز نمی‌گردد. ما فقط زمانی می‌توانیم آن را مشاهده کنیم که مقداری ماده تابشی در اطراف آن وجود داشته باشد (به‌طور مثال گاز یا ستاره‌ای که توسط سیاه‌چاله کشیده شده است). هم‌چنین شایان ذکر است که به‌دلیل امواج گرانشی، ما می‌توانیم دو سیاه‌چاله را که در حال ادغام هستند، ببینیم.

اولین تصویر از یک سیاه‌چاله که توسط یک تلسکوپ بسیار قدرت‌مند (در ادامه درباره‌ی این تلسکوپ حرف می‌زنیم) به‌دست آمد، نتیجه چندین سال پردازش داده‌های جمع‌آوری شده توسط تلسکوپ‌های رادیویی در سراسر جهان بود. قابل ذکر است که رنگ‌های روی تصویر دل‌خواه هستند؛ زیرا عکس‌برداری در محدوده رادیویی انجام شده است که چشم انسان نسبت به آن حساس نیست.

سیاه‌چاله‌ها چیزها را می‌‌بلعند و سپس زباله‌‌های آن‌ها را تف می‌کنند

سیاه‌چاله‌ها مانند شکارچیان گرسنه نیستند و برای پیدا کردن یک طمعه فضایی برای شام، در جهان پرسه نمی‌زنند. در عوض، این جانوران بهشتی از موادی که در نزدیکی مدارشان می‌چرخند تغذیه می‌کنند؛ مانند ستاره نگون‌بختی که دانشمندان در دهه گذشته شاهد بلعیده شدن آن بوده‌اند (طولانی‌ترین غذای سیاه‌چاله‌ای که تا به حال ثبت شده است). خبر خوب این است که زمین در مسیر برخورد با هیچ سیاه‌چاله شناخته شده‌ای قرار ندارد. اما کسی چه می‌داند؛ شاید همین روز‌ها کره‌ی خاکی ما هم میزبان یک سیاه‌چاله ناشناخته غول‌پیکر باشد.

اما آیا چون سیاه‌چاله‌ها بعید است ما را غرق کنند دلیل‌بر این می‌شود که دیگر در امان هستیم؟ خیر؛ زیرا Sgr A (و احتمالاً دیگر غول‌های عظیم‌الجثه) گه‌گاه زباله‌هایی به‌اندازه سیاره‌ای که ما در آن زندگی می‌کنیم را به بیرون پرتاب می‌کنند.

اکنون سوال این است که این زباله‌ها چگونه از دست سیاه‌چاله‌ها فرار می‌کنند؟ آن‌ها در واقع از ماده‌ای ساخته شده‌اند که قبل از عبور از نقطه بی‌بازگشت سیاه‌چاله‌ها از صفحه برافزایش می‌لغزند و به تکه‌هایی مجزا تبدیل می‌شوند. به‌طور مثال، Sgr A این قطعات سنگین را با سرعت 20 میلیون مایل در ساعت به کهکشان ما پرتاب می‌کند. در این مورد باید امیدوار باشیم که هرگز یکی از آن‌ها به منظومه شمسی ما نزدیک نشود؛ زیرا فقط یکی از آن‌ها می‌تواند به‌اندازه کل منظومه شمسی ما بزرگ باشد.

سیاه‌چاله‌ها پدر و کهکشان‌ها مادر ستارگان هستند

یک خانواده را در نظر بگیرید. در هر خانواده‌ای، پدر‌ها مسئول فرزند‌آوری و مادر‌ها مسئول مراقبت از فرزندان هستند. همین موضوع در باب رابطه‌ی عاشقانه سیاه‌چاله‌ها و کهکشان‌ها نیز صدق می‌کند؛ در واقع، سیاه‌چاله‌ها مانند یک پدر، تعداد فرزندان که همان ستارگان هستند را مشخص و آن‌ها را تولید می‌کنند. سپس کهکشان‌ها به‌عنوان یک مادر مهربان ستارگان در آغوش گرم خود می‌گیرند و از آن‌ها مراقبت می‌کنند. آیا باور نمی‌کنید؟‌ پس توجه شما را به تحقیقات صورت‌گرفته در چند سال اخیر جلب می‌کنم.

همان‌طور که گفتیم، سیاه‌چاله‌ها بعضی وقت‌ها زباله‌هایی را به اندازه سیارات را بیرون می‌اندازند. اما اکتشافات اخیر نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌های غول‌پیکر گاهی اوقات مواد کافی برای تشکیل ستاره‌های جدید را از خود بیرون می‌کنند. حتی بعضی از آن‌ها پای خود فرا‌تر می‌گذارند و مواد مورد‌نیاز تشکیل ستاره را به‌جایی بسیار دور‌تر از کهکشان مبدا خود پرتاب می‌کنند.

هم‌چنین یک مطالعه در مجله علمی نیچر در سال 2018 نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌های پرجرم نه تنها ستاره‌های جدید ایجاد می‌کنند، بلکه با تأثیر مستقیم بر سرعت متوقف شدن فرآیند تشکیل ستاره، تعداد ستاره‌های یک کهکشان را نیز کنترل می‌کنند. قابل توجه است که شکل‌گیری ستارگان در کهکشان‌هایی با سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر، به‌طرز عجیبی بسیار سریع‌تر متوقف می‌شود.

درباره‌ی نحوه‌ی تشکیل ستارگان توسط سیاه‌چاله‌ها بیش‌تر بدانید:

 

خیره شدن به سیاه‌چاله‌ها امکان‌پذیر است

تلسکوپ جدید «افق رویداد» که توسط 9 تلسکوپ دیگر ساخته شده است و با بالاترین وضوح در جهان کار می‌کند، اخیراً برای اولین‌بار از اطراف دو سیاه‌چاله عکس گرفته است. یکی از این دو Sgr A خودمان است و دیگری سیاه‌چاله‌ای بسیار پرجرم در مرکز کهکشان مسیه 87، در فاصله 53 میلیون سال نوری از کره زمین است. تصویر سیاه‌چاله دومی که اکنون پووهی نامیده می‌شود، اخترشناسان را در آوریل 2019 شگفت‌زده کرد. اما این عکس حس کنجاوی دانشمندان را برای طرح پرسش‌هایی در مورد شکل ظاهری سیاه‌چاله‌ها و قوانین فیزیکی که آن ها را هدایت می‌کند، برانگیخت.

سیاه‌چاله‌ها مانند یک خانواده هماهنگ هستند

ستاره‌شناسان در آفریقای جنوبی اخیراً به منطقه‌ای از فضای دور دست یافته‌اند که در آن سیاه‌چاله‌های بسیار پرجرم در چندین کهکشان در یک جهت قرار دارند. این بدان معنا است که گازهای گلخانه‌ای آن‌ها تماماً به‌گونه‌ای خارج می‌شوند که انگار با طراحی هماهنگ شده‌اند. تئوری‌های کنونی نمی‌توانند توضیح دهند که چگونه سیاه‌چاله‌هایی با فاصله 300 میلیون سال نوری به‌نظر می‌رسد که به‌صورت هماهنگ عمل می‌کنند. محققان در این‌باره می‌گویند که: در واقع، تنها راه ممکن این است که این سیاه‌چاله‌ها در یک جهت بچرخند؛ چیزی که ممکن است در زمان شکل‌گیری کهکشان‌ها در کیهان اولیه رخ داده باشد.

تعداد سیاهچاله‌ها در کیهان قابل محاسبه نیست

تصور می‌شود کهکشان راه شیری به تنهایی بین 10 میلیون تا یک میلیارد سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای که یکی از آن‌ها Sgr A* است، در قلب خود دارد. با وجود 100 میلیارد کهکشان، که هر کدام دارای میلیون‌ها سیاه‌چاله با جرم ستاره‌ای و یک هیولای بزرگ در مرکز خود هستند، تلاش برای محاسبه تعداد سیاه‌چاله‌ها مانند تلاش برای شمارش دانه‌های شن است.

پی‌نوشت

صورت‌فلکی ماکیان: ماکیان یا همان دجاجه،‌ یک صورت فلکی است که از نظر ظاهری مانند یک قو است که به سمت جنوب کهکشان راه شیری در حال حرکت است. انسان‌ها می‌توانند با استفاده از دوربین‌های بسیار قوی، تعدادی از ستارگان این کهکشان را مشاهده کنند.

نظریه نسبیت: نظریه نسبت، به دو نظریه «نسبیت عام» و «نسبیت خاص» تقسیم می‌شود. پایه این نظریه بر اساس این است که زمان و فضا مانند دو برادر به یک‌دیگر متصل هستند و هیچ‌وقت از هم جدا نمی‌شوند.

تکینگی گرانشی: تکینگی گرانشی یا همان تکینگی فضا زمان، حالت خاصی در فضا زمان است که در آن چگالی و میدان گرانشی جسم به سمت می‌نهایت سوق پیدا می‌کنند؛ به‌طوری‌ که دیگر نمی‌توان از دستگاه مختصات برای آن‌ها استفاده کرد. این پدیده به‌دلیل نظریه نسبیت عام اتفاق می‌افتد.

قوس A: کارل جانسکی، پدر نجوم رادیویی، در آوریل 1933 کشف کرد که یک سیگنال رادیویی از مکانی در جهت صورت فلکی قوس، به سمت مرکز کهکشان راه شیری می‌آید. بعد‌ها دانشمندان دریافتند که این منبع رادیویی یک سیاه‌چاله بسیار عظیم‌الجثه است و آن را Sagittarius A (قوس A) نامیدند.

تکلسکوپ Event Horizon: تلسکوپ افق رویداد یا Event Horizon، در واقع یک تلسکوپ نیست؛ بلکه مجموعه‌ای از تکلسکوپ‌‌های جهانی و بین‌المللی است که در اطراف زمین قرار دارند و برای اکتشافات به انسان‌ها کمک می‌کنند.

کهکشان مسیه 87: کهکشان مسیه 87 که به‌اختصار M87 نیز نامیده می‌شود، یک کهکشان در بخش شمالی خوشه سنبله است و از کره‌ی زمین تقریبا 60 میلیون سال نوری فاصله دارد.

پووهی: پووهی نام بومی یک سیاه‌چاله است؛ چرا نام این سیاه‌چاله بومی است؟ زیرا تا این لحظه بنیاد ستاره‌شناسی بین‌المللی هنوز نامی را برای این سیاه‌چاله انتخاب نکرده است و یک زبان‌شناس اهل هاوایی آن را نام‌گذاری کرده است.