تابه‌حال اسمی از سیاهچالهها شنیده‌اید؟ سیاه‌چاله مکانی است در فضا که آن‌قدر جاذبه قوی و مجذوب‌کننده‌ای دارد که حتی نور هم نمی‌تواند از آن خارج شود. گرانش آن بسیار قوی است زیرا در یک فضای کوچک فشرده شده است. یکی از دلایلی که باعث ایجاد سیاه‌چاله می‌شود، زمانی است که یک ستاره در حال مرگ است.
ازآنجاکه هیچ نوری از آنها خارج نمی‌شود، مردم نمی‌توانند سیاهچالهها را ببینند. آنها نامرئی هستند و فقط تلسکوپ‌های فضایی با ابزارهای ویژه می‌توانند به یافتن سیاهچالهها کمک کنند.
با همین توضیح مختصر درباره سیاهچالهها نگاهی داشته باشیم به ماهیت این چاله پررمز‌وراز. در ادامه این مطلب از مجله بروکس ببینم چه چیزی باعث شده این چاله‌های بزرگ، سیاه به نظر برسند.
سیاه‌چاله چیست؟
اولین تصویر مستقیم از یک سیاه‌چاله که توسط دانشمندان در آوریل ۲۰۱۹ منتشر شد، تصویری از پوسته دایره‌ای با نورهای مختلفی از زرد تا قرمز بود که یک کره سیاه را احاطه کرده است. این تصویر یک حلقه درخشان را نشان می‌داد که هنگام خم شدن نور در گرانش شدید در اطراف این سیاه‌چاله که ۶.۵ میلیارد بار جرم بیشتری از خورشید ما دارد، شکل گرفته است.
اگر دوست دارید اطلاعات بیشتری درباره خورشید و نور آن کسب کنید، پیشنهاد می‌کنیم نگاهی به مطلب چرا نور خورشید زرد است؟ بیندازید.
این سیاه‌چاله در مرکز کهکشان M۸۷ و با فاصله ۵۵ میلیون سال نوری از زمین واقع شده است. این دستاورد شگفت‌انگیز علاوه بر اثبات وجود سیاهچالهها، نشان‌دهنده تولد شاخه جدیدی از نجوم رصدی بود و باعث شد تا بهانه‌ای برای بررسی و آزمایش‌‌های بیشتر درباره رفتار عمومی سیاهچالهها شود.
ورود به سیاه چاله
سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا با میدان گرانشی قوی است که هیچ‌چیز، حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند. به همین دلیل سیاهچالهها سیاه به نظر می‌رسند. در برخی موارد، سیاهچالهها ستارگان عظیم در حال مرگی هستند که در حین انفجارهای ابرنواختر به چگالی بسیار زیادی خرد شده‌اند. گاهی اوقات ممکن است سیاهچالهها دارای جرمی برابر میلیون‌ها یا میلیاردها ستاره باشند. شاید این سؤال برای شما به‌وجود بیاید که اگر سیاهچالهها سیاه هستند و نور نمی‌تواند از آنها فرار کند، پس چگونه می‌توانیم آنها را ببینیم؟ پاسخ این است که ما خود آنها را نه، بلکه آثار سیاهچالهها را بر فضای اطراف خود می‌بینیم.
اصلا نور مرئی و نور نامرئی که باعث می‌شود اجسام را در اطراف خودمان ببینیم، چیست؟ اگر پاسخ این سوال را نمی‌دانید احتمالاً خواندن مطلبی با همین نام از مجله بروکس به کمک شما می‌آید.
سیاه چاله و سفر در زمان
آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عمومی خود که در سال ۱۹۱۵ منتشر شد، اولین فردی بود که گفت جهان ما شامل چنین اجسام عجیب، متراکم و عظیم است. سیاهچالهها از معادلات نسبیت عام اینشتین سرچشمه می‌گیرند؛ اتفاقی که در نتیجه طبیعی مرگ و فروپاشی ستارگان عظیم است.
اولین فردی که سیاهچالهها را به‌صورت ریاضی فرموله کرد، ریاضی‌دان آلمانی کارل شوارتشیلد در سال ۱۹۱۶ بود. جان ویلر، فیزیک‌دان نظری، اولین‌بار نام سیاه‌چاله را سال‌ها بعد، در ۱۹۶۷، ابداع کرد. تا دهه ۱۹۷۰، سیاهچالهها عموماً فقط کنجکاوی‌های ریاضی محسوب می‌شدند. با بهبود تکنیک‌های مشاهده و کسب اطلاعات و تحقیقات بیشتر درباره این موضوع، طولی نکشید که آنها را به‌عنوان اشیاء واقعی به رسمیت شناختند.
قبل از صحبت درباره انواع سیاهچالهها بیاید به پاسخ یک سوال مهم برسیم. نور چیست؟ چه اطلاعاتی درباره نور دارید؟ خواندن مقاله بروکس با نام تعریف نور برای کودکان، همه آنچه را که باید درباره این ذره مهم در زندگی انسان‌ها بدانید، به شما خواهد گفت.
انواع سیاه‌چاله
سیاهچالهها دارای دو نوع اصلی هستند. اولین نوع سیاه‌چاله‌ای، جرم ستاره‌ای نام دارد. اینها بقایای ستارگان بزرگ هستند. هنگامی که ستاره بزرگی در پایان عمر خود با جرم بیش از پنج برابر جرم خورشید، به‌عنوان ابرنواختر منفجر می‌شود، هسته آن ناگهان و به‌شدت تحت فشار گرانش قرار گرفته و فشرده می‌شود. بسته به جرم ستاره، فروپاشی ممکن است متوقف شده و یک ستاره نوترونی ایجاد کند، اما اگر جرم آن کافی باشد، فروپاشی هسته ادامه می‌یابد و یک سیاه‌چاله را تشکیل می‌دهد.
جرم سیاهچالهها متغیر است. جرم آنها ممکن است حداقل 5 برابر تا ۶۰ برابر جرم خورشید باشد. قطر آنها معمولاً بین ۱۰ تا ۳۰ مایل است.
نوع دوم سیاهچالهها، سیاه‌چاله‌هایی است که جرم‌های بسیار بزرگی دارند. این اجسام میلیاردها برابر خورشید ما جرم دارند. دانشمندان فکر می‌کنند کوچک‌ترین سیاهچالهها که ممکن است به‌اندازه یک اتم کوچک باشد، جرمی برابر یک کوه بزرگ دارد! سیاه‌چاله مرکزی ۶۶ میلیارد جرم خورشیدی تخمین زده شده است. تصور می‌شود که سیاه‌چاله‌های عظیم در تاریخ اولیه جهان از ابرهای بزرگ فروپاشی هیدروژن بین ستاره‌ای شکل‌گرفته‌اند. هرچند منشأ دقیق آنها نامشخص است اما از تحقیقات بسیار فعال انجام شده در این‌باره این احتمال هم وجود دارد که جرم اضافی در طول قرون متمادی از ادغام با دیگر سیاهچالهها جمع شده باشد.
قطر سیاه‌چاله‌های بزرگ می‌تواند بزرگ‌تر از منظومه شمسی باشد. اکثر کهکشان‌ها دارای یک سیاه‌چاله فوق‌العاده بزرگ در مرکز خود هستند.
سیاه‌چاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری خودمان (با نام، Sagittarius A) قرار دارد، دارای ۴ میلیون برابر جرم خورشید و قطر آن ۳۷ میلیون مایل است.
درون سیاه‌چاله چیست؟
طبق تعریف، ما نمی‌توانیم آنچه را که در داخل سیاه‌چاله وجود دارد، مشاهده کنیم، زیرا هیچ نوری نمی‌تواند از یک سیاه‌چاله فرار کند. اما نظریه‌های اخترفیزیک نشان می‌دهند که در هسته سیاه‌چاله، تمام جرم سیاه‌چاله در یک نقطه کوچک با چگالی نامحدود متمرکز شده است. این نقطه به‌عنوان تکینگی شناخته می‌شود. این تکینگی است که میدان گرانشی فوق‌العاده قوی سیاه‌چاله را ایجاد می‌کند.
بااین‌حال، در نظر بگیرید که تکینگی ممکن است وجود نداشته باشد. این دلیل که همه فیزیک‌های شناخته شده در شرایط شدید در مرکز یک سیاه‌چاله تجزیه می‌شوند، جایی که بدون شک اثرات کوانتومی نقش مهمی را ایفا می‌کنند. ازآنجایی‌که دانشمندان و فیزیک‌دانان هنوز به نظریه کوانتومی نرسیده‌اند، توصیف آنچه در واقع در هسته سیاه‌چاله وجود دارد، تقریباً غیرممکن است.
در همین حال، چیزی که ما مطمئن هستیم وجود دارد، مرز یک سیاه‌چاله است. مرزی که به افق رویداد آن معروف است. درواقع، افق رویداد فقط یک نقطه در فضا است که فراتر از آن، فرار از گرانش سیاه‌چاله غیرممکن است. هنگامی که هر چیزی که در سیاه‌چاله فرو می‌رود از افق رویداد بگذرد، دیگر هرگز نمی‌تواند سیاه‌چاله را ترک کند و ناگزیر به سمت مرکز سیاه‌چاله کشیده می‌شود. در افق رویداد، هر جسم جامد توسط گرانش شدید از هم پاشیده و به ذرات زیراتمی تشکیل‌دهنده آن تبدیل می‌شود. در افق رویداد، سرعت فرار سیاه‌چاله به‌سرعت نور می‌رسد.
ازآنجاکه سیاهچالهها هیچ‌گونه نور یا تشعشع قابل تشخیص دیگری منتشر نمی‌کنند، می‌توان آنها را تنها با تأثیرات گرانشی خود بر اجسام موجود در فضای نزدیکشان مشاهده کرد. اگر در نزدیکی سیاه‌چاله، ستاره یا گاز وجود داشته باشد، ممکن است به‌طور فعال از آنها تغذیه کند. یعنی ممکن است مواد این اجسام مجاور به داخل حفره کشیده شود.
کلام آخر
درباره سیاهچالهها و اینکه ماهیت اصلی این سیاهچالهها چیست، صحبت کردیم. از انواع آنها گفتیم و به این رسیدیم که چگونه یک سایه‌چاله تمام تشکیل می‌شود و جرم آنها چقدر است. اگرچه اطلاعاتی کلی و بنیادی درباره این سیاهچالهها داریم اما همچنان شگفتی‌‌ها و ناشناخته‌‌‌های زیادی وجود دارد که هنوز سربه‌مهر مانده است. مهم‌ترین چیزی که تا به امروز درباره آنها اثبات شده این است که چرا هیچ چیزی نمی‌تواند از آنها عبور کند، حتی نور! و همین باعث شده تا سیاهچالهها در بررسی‌ها و تصاویری که از آنها ثبت شده است، سیاه باشند.
سؤالات متداول
چرا سیاهچالهها سیاه هستند؟
سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا با میدان گرانشی قوی است که هیچ‌چیز حتی نور نمی‌تواند از آن عبور کند. به همین دلیل سیاهچالهها سیاه به نظر می‌رسند.
انواع سیاهچالهها کدام است؟
سیاهچالهها در اصل دو نوع هستند. نوعی که به نام جرم ستاره‌ای شناخته می‌شوند و بقایای ستارگان بزرگ هستند و همچنین نوع دومی که جرم‌های بسیار بزرگی دارند. دانشمندان فکر می‌کنند کوچک‌ترین سیاهچالهها که ممکن است به‌اندازه یک اتم کوچک باشد، جرمی برابر یک کوه بزرگ دارد!
درون سیاه چاله چیست؟
ما نمی‌توانیم آنچه را که در داخل سیاه‌چاله وجود دارد مشاهده کنیم، زیرا هیچ نوری نمی‌تواند از یک سیاه‌چاله فرار کند. اما نظریه‌های اخترفیزیک نشان می‌دهند که در هسته سیاه‌چاله، تمام جرم سیاه‌چاله در یک نقطه کوچک با چگالی نامحدود متمرکز شده است.