سیاهچالهها از عجیبترین و جذابترین اجرام کیهان هستند. آنها بسیار چگال هستند و نیروهای گرانشی بسیار قوی دارند، به طوری که هیچ چیز، حتی نور، پس از عبور از مرزی که به عنوان افق رویداد شناخته میشود، نمی تواند از آن فرار کند.
کهکشان راه شیری میتواند بیش از ۱۰۰ میلیون سیاهچاله داشته باشد، اگرچه شناسایی این موجوادت شکمخوار بسیار دشوار است. در قلب کهکشان راه شیری یک سیاهچاله ابر پرجرم به نام کمان ای* ( *Sagittarius A) قرار دارد. طبق بیانیه ناسا ، این ساختار عظیم حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید است و تقریباً ۲۶۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد.اولین تصویر از یک سیاهچاله در سال ۲۰۱۹ توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT) ثبت شد. این عکس خیرهکننده از سیاهچاله در مرکز کهکشان M87 که ۵۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد، دانشمندان سراسر جهان را به وجد آورد
سیاهچالهها چگونه تشکیل میشوند؟
انتظار میرود سیاهچالهها از طریق دو کانال مجزا تشکیل شوند. طبق مسیر اول، آنها اجساد ستارهای هستند، بنابراین زمانی که ستارگان عظیم میمیرند، تشکیل میشوند. ستارگانی که جرم آنها در هنگام تولد تقریباً ۸ تا ۱۰ برابر جرم خورشید ما است، هنگامی که تمام سوخت خود – هیدروژنشان – را تمام میکنند، منفجر میشوند و میمیرند و یک جسم بسیار متراکم، یک سیاهچاله، را به جا میگذارند. سیاهچاله حاصل که باقی میماند، سیاهچاله جرم ستارهای نامیده میشود و جرم آن در حدود چند برابر جرم خورشید است.
همه ستارهها سیاهچاله از خود به جا نمیگذارند، ستارههایی که جرم تولد کمتری دارند، یک ستاره نوترونی یا یک کوتوله سفید از خود به جا میگذارند. راه دیگری که سیاهچالهها شکل میگیرند، فروپاشی مستقیم گاز است، فرآیندی که انتظار میرود منجر به سیاهچالههای عظیمتری با جرمی از ۱۰۰۰ برابر جرم خورشید تا حتی ۱۰۰.۰۰۰ برابر جرم خورشید شود. این کانال، شکلگیری ستاره سنتی را دور میزند و اعتقاد بر این است که در جهان اولیه فعالیت داشته و بذرهای سیاهچاله عظیمتری تولید میکند.
چه کسی سیاهچالهها را کشف کرد؟
سیاهچالهها به عنوان یک راه حل ریاضی دقیق برای معادلات انیشتین پیشبینی شدند. معادلات انیشتین شکل فضای اطراف ماده را توصیف میکنند. نظریه نسبیت عام، هندسه یا شکل فضارا به توزیع دقیق ماده مرتبط میکند.
راه حل سیاهچاله توسط کارل شوارتزشیلد در سال ۱۹۱۵ کشف شد و مشخص شد که این مناطق – سیاهچالهها – فضا را به شدت غمیده میکنند و در بافت فضا-زمان شکاف ایجاد میکنند. در آن زمان مشخص نبود که آیا اینها با اشیاء واقعی در جهان مطابقت دارند یا خیر. با گذشت زمان، با شناسایی سایر محصولات نهایی مرگ ستارهای، یعنی ستارههای نوترونی که به صورت تپاختر دیده میشوند، مشخص شد که سیاهچالهها واقعی هستندو باید وجود داشته باشند. اولین سیاهچاله شناسایی شده Cygnus-X1 بود.
آیا سیاهچالهها میمیرند؟
سیاهچالهها به خودی خود نمیمیرند، اما از نظر تئوری پیشبینی میشود که در نهایت به آرامی در مقیاسهای زمانی بسیار طولانی تبخیر شوند.
سیاهچالهها با تجمع مادهای که در نزدیکی آنها قرار دارد و توسط گرانش عظیمشان به درون کشیده میشود، رشد میکنند. هاوکینگ پیشبینی کرد که سیاهچالهها همچنین میتوانند انرژی تابش کنند و بسیار آهسته منقبض شوند. نظریه کوانتوم نشان میدهد که ذرات مجازی وجود دارند که دائماً در حال ظهور و ناپدید شدن هستند. وقتی این اتفاق میافتد، یک ذره و ضد ذره همراه آن ظاهر میشوند. با این حال، آنها همچنین میتوانند دوباره ترکیب شوند و دوباره ناپدید شوند. وقتی این فرآیند در نزدیکی افق رویداد یک سیاهچاله رخ میدهد، اتفاقات عجیبی میتواند رخ دهد. به جای اینکه جفت ضد ذره-ذره برای لحظهای وجود داشته باشند و سپس یکدیگر را نابود کنند، یکی از آنها میتواند تحت تأثیر گرانش قرار گیرد و به درون سیاهچاله سقوط کند، در حالی که ذره دیگر میتواند به فضا پرواز کند. در بازههای زمانی بسیار طولانی، ما در مورد بازههای زمانی صحبت میکنیم که بسیار بسیار طولانیتر از سن جهان ما هستند. این نظریه بیان میکند که این جریان ذرات فرار کرده باعث میشود سیاهچاله به آرامی تبخیر شود.
آیا سیاهچالهها کرمچاله هستند؟
هیچ سیاهچالهای کرمچاله نیست. کرمچالهها را میتوان به عنوان تونلهایی در نظر گرفت که دو نقطه جداگانه در فضا و زمان را به هم متصل میکنند. اعتقاد بر این است که درون سیاهچالهها میتواند حاوی یک کرمچاله باشد، سوراخ آن فضازمان است که میتواند دریچهای به نقطه دیگری در فضا-زمان، حتی در جهانی متفاوت، ارائه دهد.
اولین کی سیاهچاله کشف شد؟
آلبرت انیشتین برای اولین بار در سال ۱۹۱۶ با نظریه نسبیت عام خود وجود سیاهچالهها را پیشبینی کرد . اصطلاح «سیاهچاله» سالها بعد در سال ۱۹۶۷ توسط ستارهشناس آمریکایی جان ویلر ابداع شد. پس از دههها که سیاهچالهها فقط به عنوان اجرام نظری شناخته میشدند.اولین سیاهچالهای که کشف شده، سیگنوس ایکس-۱ (Cygnus X-1) است که در کهکشان راه شیری و در صورت فلکی سیگنوس (قو) واقع شده است. ستارهشناسان اولین نشانههای یک سیاهچاله را در سال ۱۹۶۴ مشاهده کردند، زمانی که یک موشک صوتی، منابع آسمانی اشعه ایکس را طبق گفته ناسا شناسایی کرد . در سال ۱۹۷۱، ستارهشناسان تشخیص دادند که اشعه ایکس از یک ستاره آبی روشن که به دور یک جسم تاریک عجیب میچرخد، ساطع میشود. گفته شد که اشعه ایکس شناسایی شده نتیجه جدا شدن مواد ستارهای از ستاره روشن و “بلعیدن” آن توسط جسم تاریک – یا همان سیاهچاله همهچیزخوار – است.
چند سیاهچاله وجود دارد؟
تقریباً از هر هزار ستاره، یکی به اندازه کافی عظیم است که به سیاهچاله تبدیل شود. از آنجایی که کهکشان راه شیری بیش از ۱۰۰ میلیارد ستاره دارد، کهکشان ما باید حدود ۱۰۰ میلیون سیاهچاله داشته باشد.
اگرچه شناسایی سیاهچالهها کار دشواری است و تخمینهای ناسا نشان میدهد که ممکن است بین ۱۰ میلیون تا یک میلیارد سیاهچاله ستارهای در کهکشان راه شیری وجود داشته باشد.نزدیکترین سیاهچاله به زمین، Gaia-BH1 نام دارد و تنها ۱۵۶۰ سال نوری از ما فاصله دارد.
تصاویر سیاهچاله
تلسکوپ افق رویداد، آرایهای در مقیاس سیارهای از هشت تلسکوپ رادیویی زمینی که از طریق همکاری بینالمللی ساخته شده است، این تصویر را از سیاهچاله فوقسنگین در مرکز کهکشان M87 و سایه آن ثبت کرده است.
در سال ۲۰۱۹، گروه تلسکوپ افق رویداد (EHT) اولین تصویر ثبتشده از یک سیاهچاله را منتشر کرد . EHT در حالی که تلسکوپ در حال بررسی افق رویداد یا ناحیهای بود که هیچ چیز نمیتواند از سیاهچاله فرار کند، سیاهچاله را در مرکز کهکشان M87 مشاهده کرد. این تصویر، از دست رفتن ناگهانی فوتونها (ذرات نور) را نشان میدهد. همچنین، اکنون که ستارهشناسان میدانند سیاهچاله چگونه به نظر میرسد، زمینه کاملاً جدیدی از تحقیقات در مورد سیاهچالهها را باز میکند.
در سال ۲۰۲۱، ستارهشناسان نمای جدیدی از سیاهچاله غولپیکر در مرکز M87 را آشکار کردند که نشان میداد ساختار عظیم آن در نور قطبیده چگونه به نظر میرسد. از آنجایی که امواج نور قطبیده در مقایسه با نور غیرقطبیده، جهتگیری و روشنایی متفاوتی دارند، تصویر جدید سیاهچاله را با جزئیات بیشتری نشان میدهد. قطبش، نشانهای از میدانهای مغناطیسی است و تصویر به وضوح نشان میدهد که حلقه سیاهچاله مغناطیسی شده است.
سیاهچالهها چه شکلی هستند؟
سیاهچالهها سه «لایه» دارند: افق رویداد بیرونی و درونی، و تکینگی.
افق رویداد یک سیاهچاله مرزی در اطراف دهانه سیاهچاله است که نور نمیتواند از آن فرار کند. هنگامی که یک ذره از افق رویداد عبور میکند، دیگر نمیتواند از آن خارج شود. گرانش در سراسر افق رویداد ثابت است.
ناحیه داخلی یک سیاهچاله، جایی که جرم جسم در آن قرار دارد، به عنوان تکینگی آن شناخته میشود ، نقطهای در فضا-زمان که جرم سیاهچاله در آن متمرکز شده است.
دانشمندان نمیتوانند سیاهچالهها را همانطور که ستارهها و سایر اجرام در فضا را میبینند، ببینند. در عوض، ستارهشناسان باید به تشخیص تابشهایی که سیاهچالهها هنگام جذب گرد و غبار و گاز به درون این موجودات متراکم منتشر میکنند، تکیه کنند. اما سیاهچالههای فوقسنگین که در مرکز یک کهکشان قرار دارند، ممکن است توسط گرد و غبار و گاز غلیظ اطرافشان پوشانده شوند که میتواند انتشار گازهای آشکار را مسدود کند.
گاهی اوقات، هنگامی که ماده به سمت سیاهچاله کشیده میشود، به جای اینکه به درون سیاهچاله کشیده شود، از افق رویداد کمانه کرده و به بیرون پرتاب میشود. فوارههای درخشانی از مواد که با سرعتهای نزدیک به نسبیت حرکت میکنند، ایجاد میشوند. اگرچه سیاهچاله نامرئی باقی میماند، اما این فوارههای قدرتمند را میتوان از فواصل بسیار دور مشاهده کرد.
تصویر EHT از یک سیاهچاله در M87 (که در سال ۲۰۱۹ منتشر شد) یک تلاش خارقالعاده بود و حتی پس از گرفتن تصاویر، به دو سال تحقیق نیاز داشت. دلیلش این است که همکاری تلسکوپها، که در بسیاری از رصدخانههای سراسر جهان گسترش مییابد، حجم شگفتانگیزی از دادهها را تولید میکند که برای انتقال از طریق اینترنت بسیار زیاد است.
با گذشت زمان، محققان انتظار دارند از سیاهچالههای دیگر تصویربرداری کنند و مجموعهای از شکل ظاهری این اجرام را ایجاد کنند. هدف بعدی احتمالاً کمان ای* است، که سیاهچالهای در مرکز کهکشان راه شیری خودمان است. یک مطالعه در سال ۲۰۱۹ گزارش داد که کمان ای* به این دلیل جذاب است که ساکتتر از حد انتظار است، که ممکن است به دلیل میدانهای مغناطیسی باشد که فعالیت آن را خفه میکنند . مطالعه دیگری در همان سال نشان داد که یک هاله گاز سرد، کمان ای* را احاطه کرده است ، که بینش بیسابقهای در مورد محیط اطراف یک سیاهچاله ارائه میدهد.
در ۱۲ مهٔ ۲۰۲۲، اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ افق رویداد، تصویری از کمان ای* را منتشر کردند.
همانند سیاهچاله کهکشان M87 تصویر به روز شده ای در سال ۲۰۲۲ همراه با میدان مغناطیسی از سیاهچاله کمان -ای ثبت شد که در زیر آمده است .
منبع: SPACE.COM