هر آن چه که لازم است در مورد سیاه چاله ها بدانیم

امروزه اسم سیاه چاله ها را از فیلم های علمی تخیلی هالیوود گرفته تا مقالات علمی معتبر که سفر در زمان را بررسی می کنند، زیاد می شنویم. در این مقاله سعی می کنیم بیشتر با این پدیده آشنا شویم و هر آن چه که لازم است در مورد سیاه چاله ها بدانیم را به شما بگوییم. با ما همراه باشید.

نکاتی که باید در مورد سیاه چاله ها بدانیم

در این جا سوالاتی را بررسی می کنیم که پاسخ به آن ها باعث می شود تا با آن چه که لازم است در مورد سیاه چاله ها بدانیم، آشنا شویم و بتوانیم درک بهتری از آن داشته باشیم.

۱ – سیاه چاله چیست؟

سیاه چاله ها نقاطی در فضا هستند که به قدری متراکم و دارای جاذبه قوی هستند که حتی نور هم نمی تواند از کشش قدرت گرانش سیاه چاله فرار کند. در واقع هر چیزی که بیش از حد نزدیک به آن نزدیک شود – اعم از ستاره ، سیاره یا فضاپیما – به سمت آن کشیده و فشرده می شود.

چهار نوع سیاه چاله وجود دارد که عبارت است از ستاره ای  متوسط​​، ابرجرم و مینیاتور. متداول ترین راه ایجاد سیاه چاله مرگ ستاره های پیر است. وقتی ستاره ها به پایان زندگی خود می رسند، حجم آن ها  زیاد می شود، جرم خود را از دست می دهند و سپس خنک می شوند و به کوتوله های سفید تبدیل می شوند.

 اما بزرگترین انواع ستاره که جرمی حداقل ۱۰ تا ۲۰ برابر خورشید ما دارند، در پایان زندگی به ستاره های نوترونی فوق متراکم یا سیاه چاله هایی با جرم ستاره ای تبدیل می شوند.

۲ – وسعت سیاه چاله ها چقدر است؟

می توانید افق سیاه چاله را کره ای در نظر بگیرید که قطر آن با جرم سیاه چاله متناسب است. بنابراین هرچه جرم بیشتری به سیاه چاله سقوط کند، سیاه چاله نیز بزرگتر می شود.

 در مقایسه با اجرام ستاره ای، سیاه چاله ها ریز هستند زیرا جرم در اثر فشار گرانش زیاد به حجم بسیار کمی متراکم شده است. به عنوان مثال شعاع سیاه چاله ای با جرمی برایر سیاره زمین فقط چند میلی متر است. این را با شعاع واقعی زمین مقایسه کنید، شعاعی که تقریباً ۱۰،۰۰۰،۰۰۰،۰۰۰ برابر بزرگتر است!

به شعاع سیاه چاله شعاع شوارتز شیلد گفته می شود، به نام کارل شوارتزیلد که ابتدا سیاه چاله ها را به عنوان راه حلی برای نسبیت عام انیشتین مطرح کرد.

۳ – در افق سیاه چاله چه اتفاقی می افتد؟

کسی که از افق عبور می کند، در محیط اطراف خود چیزی متفاوت مشاهده نمی کند. این نتیجه مستقیم اصل معادل سازی اینشتین است و بدان معناست که نمی توان تفاوتی بین شتاب در فضای تخت و میدان گرانشی ایجاد کرد که باعث انحنای فضا می شود.

 با این حال، یک مشاهده گر بسیار دور از سیاه چاله که شاهد سقوط کسی است، برایش به نظر می رسد که فرد هرچه به افق نزدیک تر می شود، حرکتش کندتر و کندتر می شود زیرا زمان نزدیک به افق سیاه چاله بسیار کندتر از فاصله بسیار دور از افق آن سپری می شود. اما فقط مدت زمان محدودی طول می کشد تا ناظر از آن افق رویداد عبور کند و خود را در داخل شعاع شوارتز شیلد ببیند.

۴ – داخل سیاه چاله چیست؟

هیچ کس به طور قطع نمی داند در داخل سیاه چاله چه اتفاقی می افتد، اما به طور قطع به شکل قفسه کتاب نیست! (اشاره به فیلم Interstellar).

 ما فقط می توانیم حدس بزنیم که در داخل آن چه خبر است. نسبیت عام پیش بینی می کند که در داخل آن  نیروهای جزر و مدی بی نهایت بزرگ می شوند و هنگامی که از افق عبور می کنید، نمی توانید از سقوط جلوگیری کنید.

 افسوس که استفاده از نسبیت عمومی در این منطقه خوب نیست زیرا می دانیم که این تئوری کمی مشکل دار است. برای این که بتوانیم بگوییم چه چیزی در داخل سیاه چاله است، ما به نظریه گرانش کوانتوم نیاز داریم.

۵ – از کجا می دانیم سیاه چاله ها وجود دارند؟

ما شواهد و مشاهدات زیادی برای اجسام بسیار جمع و جور ولی با جرم زیاد که نور ساطع نمی کنند، داریم. این اجسام با کشش گرانشی خود را نشان می دهند. به عنوان مثال با تأثیر بر حرکت ستاره های دیگر یا ابرهای گازی اطراف آن ها.

علاوه بر آن ما می دانیم که این اشیا سطح سختی ندارند. این را می توان از مشاهدات تشخیص داد زیرا سقوط ماده بر روی جسمی که دارای سطح سخت است، باعث انتشار بیشتر ذرات می شود تا ماده در افق.

البته که در سال گذشته اولین تصویر از وجود سیاه چاله یه ثبت رسید.

۶ – سیاه چاله ها چگونه می توانند تشعشع ساطع کنند؟

اگر حتی نور نمی تواند از گرانش آن فرار کند پس این نوری که از آن ساطع می شود و باعث می شود ما آن را ببینیم از کجا می آید؟

 سیاه چاله ها با اثرات کوانتومی تشعشع ساطع می کنند. توجه به این نکته مهم است که این ها اثرات کوانتومی ماده هستند و نه اثرات کوانتومی گرانش. آن چه اتفاق می افتد این است که فضا-زمان سیاه چاله، مفهوم ذره را تغییر می دهد.

 مانند گذشت زمان که در نزدیکی سیاه چاله تحریف می شود، مفهوم ذرات نیز به ناظر بستگی دارد. به طور مثال اگر فردی در حال سقوط در سیاه چاله باشد، تصور می کند که در حال سقوط در خلا است، اما ناظر دور از سیاه چاله تصور می کند که آن جا پر از ذرات است و به هیج عنوان خلا نیست. این کشش فضا-زمان است که باعث این تأثیر می شود.

تابشی که سیاه چاله ها از خود ساطع می کنند اولین بار توسط استفان هاوکینگ کشف شد. از این رو “تابش هاوکینگ” نامیده می شود. این تابش دمایی دارد که متناسب با جرم سیاه چاله است. هرچه سیاه چاله کوچک‌تر باشد گرم تر می شود. برای سیاه چاله های ستاره ای و سیاه چاله های عظیمی که می شناسیم، دما به قدری کم است که قابل مشاهده نیست.