اخیراً برای اولین بار در تاریخ، ستار‌ه‌شناسان اعلام کردند توانسته‌اند اولین تصویر واقعی از یک سیاه چاله را دریافت کنند. این رهیافت در نتیجه استفاده از چندین تلسکوپ مختلف در سرتاسر کره زمین بدست آمده است. از این رو در این مطلب بر آن شدیم تا به جرات ترسناک‌ترین ناحیه شناخته شده از کیهان، یعنی سیاه‌ چاله را معرفی کنیم.

مقدمه

سیاه چاله به ناحیه‌ای از فضا گفته می‌شود که در آن جرم بسیار زیادی در ناحیه‌ای بسیار کوچک متمرکز شده است. برای نمونه فرض کنید جرمی به اندازه ۱۰ برابر خورشید در ناحیه‌ای به اندازه قطر نیویورک جمع شده باشد. جالب است بدانید یک قاشق غذاخوری از جرم سیاه چاله، جرمی برابر با ۹۰۰ میلیارد تن را دارد. این فضای بسیار متراکم منجر به ایجاد میدان گرانشی قدرتمندی خواهد شد به نحوی که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن فرار کند. در حقیقت در این ناحیه، فضا-زمان بسیار خم شده و حالت نقطه‌ای پیدا می‌کند. در شکل زیر به صورت کیفی میزان خم شدن صفحه فضا-زمان در حضور خورشید، ستاره نوترونی و سیاه چاله نشان داده شده است.

black-hole

ایده وجود داشتن جسمی بسیار سنگین در فضا به قرن‌ها پیش باز می‌گردد. اما برای اولین بار این ایده با استفاده از نسبیت عام انیشتین پیش‌بینی شد. این نظریه پیش‌بینی کرد، هنگامی که ستاره‌ای سنگین بمیرد، ناحیه‌ای با جرم سنگین از آن باقی خواهد ماند. اگر جرم ناحیه باقیمانده، بیشتر از ۳ برابر جرم خورشید باشد، نیروی گرانش بر دیگر نیرو‌ها غلبه کرده و منجر به متمرکز شدن جرم می‌شود. نهایتا این جرم متمرکز شده منجر به تشکیل سیاه چاله می‌شود.

black-hole

معمولا شناسایی یک سیاه چاله با استفاده از نحوه حرکت اجسامِ اطراف آن انجام می‌شود. اگر یک سیاه چاله از ناحیه‌ای از فضا عبور کند که اجسامی نیز اطراف آن قرار داشته باشند، در این صورت تمامی آن اجسام به درون سیاه چاله مکیده خواهند شد. در ادامه مکیده شدن ستاره درون یک سیاه‌چاله با استفاده از یک انیمیشن نشان داده شده است. گردایان میدان گرانشی نیز در نزدیکی سطح سیاه‌چاله بسیار زیاد است. اجازه دهید این جمله را ساده‌تر کنیم. فرض کنید شما به سمت یک سیاه‌چاله نزدیک می‌شوید، در این صورت اندازه نیروی جاذبه روی سر شما و روی پاهایتان متفاوت است. بنابراین بدن همچون آدامس کشیده شده و به درون سیاه‌چاله مکیده خواهد شد.

black-hole

پروسه‌ای مشابه نیز در هنگام عبور سیاه‌چاله از کنار یک ستاره رخ می‌دهد. در این حالت نیز ستاره از هم پاشیده شده و به درون سیاه‌چاله مکیده می‌شود. این فرآیند تحت عنوان «برافزایشی» (Accretion) شناخته می‌شود. در این حالت ستاره به صورت دیسکی درآمده و توسط سیاه‌چاله بلعیده می‌شود. به دیسک بوجود آمده نیز «قرص برافزایشی» (Accretion Disk) دیسک گفته می‌شود. در انیمیشن زیر نحوه شکل‌گیری قرص برافزایشی نشان داده شده است.

سیاهچاله
مکیده شدن یک ستاره درون یک سیاه‌چاله

در حالی که سیاه‌چاله، ستاره را به درون خودش می‌مکد، موادِ ستاره، شتاب گرفته و سرعت آن‌ها به اندازه‌‌ای بسیار زیاد افزایش می‌یابد؛ این امر منجر به تابش پرتو‌های ایکس می‌شود. اکتشافات اخیر حقایق جالبی را در مورد سیاه‌چاله‌ها نشان می‌دهند. برای نمونه تحقیقات نشان می‌دهند که سیاه‌چاله‌ها پرتو‌های شدید گاما تابش می‌کنند. این پرتو‌ها، ستاره‌های اطراف سیاه‌چاله را نابود کرده و منجر به تشکیل ستاره‌های جدیدی می‌شوند.

تولد سیاه چاله

اکثر سیاه‌چاله‌ها از مرگ ستاره‌های بسیار سنگین، خصوصا ستاره‌های نوترونی متولد می‌شوند. اگر جرم کلی یک ستاره به اندازه کافی زیاد باشد، در این صورت می‌توان به صورت تئوری نشان داد که هیچ نیرویی نمی‌تواند از واپاشی ستاره در نتیجه نیروی گرانشی جلوگیری کند. بنابراین این نیروی درونی منجر به کوچک‌تر شدن شعاع ستاره می‌شود. هنگامی که شعاع ستاره تا اندازه‌‌ای خاص کوچک شود، زمان روی ستاره نسبت به ناظر بیرونی متوقف می‌شود. این لحظه، همان زمانی است که سیاه‌چاله تشکیل شده است. این شعاع خاص را «افق رویداد» (Event Horizon) می‌نامند.

black-hole
شبیه‌سازی نور خم شده اطراف یک ستاره نوترونی

از برخورد اجسام میان‌ستاره‌ای سیاه‌چاله‌هایی بزرگ‌تر نیز می‌توانند متولد شوند. مدت کوتاهی پس از پرتاب تلسکوپ سویفت توسط ناسا در سال ۲۰۰۴، حجم شدیدی از پرتوهای تابش شده گاما مشاهده شد. نتایج حاصل از تلسکوپ هابل و رصدخانه «چاندرا» (Chandra) توسط دانشمندان بررسی شده و آن‌ها به این نتیجه رسیدند که انفجاری بزرگ در نتیجه برخورد یک ستاره نوترونی و یک سیاه‌چاله رخ داده و در نتیجه آن سیاه‌چاله‌ای بزرگ‌تر حاصل شده است.

کوتوله‌ها و غول‌ها

اگرچه نحوه تشکیل سیاه‌چاله‌ها مشخص شده، با این حال یکی از راز‌های قدیمی در مورد سیاه‌چاله‌ها این است که چرا آن‌ها از نظر اندازه در دو دسته‌بندی کاملا متفاوت قرار می‌گیرند.

در نهایت باید گفت که بینهایت سیاه‌چاله با اندازه معمولی وجود دارند که در نتیجه مرگ ستاره‌های سنگین ایجاد شده‌اند. این اجرام میان‌ستاره‌ای جرمی بین ۱۰ تا ۲۴ برابر خورشید را دارند. ستاره‌شناسان با استفاده از قرص برافزایشی تشکیل شده در اطرافشان، آن‌ها را شناسایی می‌کنند. توجه داشته باشید که بوجود آمدن سیاه‌چاله در هر ابعادی نیازمند ایجاد شرایط بسیار ویژه‌ای است. با این حال دانشمندان تخمین زده‌اند که در کهکشان راه شیری، به تنهایی بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ میلیون مورد از این سیاه‌چاله‌ها وجود دارد.

در سر دیگر طیف سیاه‌چاله‌ها از نظر ابعاد، سیاه‌چاله‌هایی غول‌پیکر تحت عنوان «ابرسیاه‌چاله» (Supermassive Black Hole) وجود دارند که میلیون‌ها برابر خورشید هستند. دانشمندان معتقدند که ابرسیاه‌چاله‌ها در مراکز کهکشان‌ها قرار دارند. حتی در مرکز کهکشان ما نیز سیاه‌چاله‌ای قرار دارد. معمولا این گونه از سیاه‌چاله‌ها را با استفاده از حرکت توده‌ اجرام فضایی در اطرافشان شناسایی می‌کنند.

به نظر می‌رسد در مرکز هر کهکشان مارپیچی، یک ابرسیاه‌چاله وجود دارد.

یکی دیگر از مکانیزم‌های دیگرِ تولد سیاه‌چاله، برخورد زنجیره‌ای ستاره‌های سنگین در خوشه‌های ستاره‌‌ای است که منجر به ایجاد ستاره‌هایی سنگین‌تر خواهد شد. در مرحله بعدی، این ستاره‌ها فروپاشی شده و تولد سیاه‌چاله را در پی خواهند داشت. نهایتا خوشه‌های ستاره‌ای توسط این سیاه‌چاله‌ها مکیده شده و با در آمیخته شدن سیاه‌چاله‌ها، ابرسیاه‌چاله‌ها را بوجود خواهند آورد.

جالب است بدانید که از نظر تاریخی، کیهان‌شناسان معتقد بودند که سیاه‌چاله‌ای با اندازه‌ متوسط وجود ندارد. با این حال اطلاعات اخیر بدست آمده از رصد خانه چاندرا نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌های با اندازه متوسط نیز وجود دارند.

در بیست و یکم فروردین سال ۱۳۹۸ اولین تصویر واقعی از یک سیاه چاله منتشر شد. این تصویر که در ادامه ارائه شده، افق رویداد مربوط به ابرسیاه‌چاله‌ای است که در کهکشان $$M87$$ قرار گرفته است. جرم این سیاه‌چاله، ۶.۵ میلیارد برابر خورشید بوده و فاصله آن از زمین نیز برابر با ۵۰۰ میلیون تریلیون کیلومتر است.

سیاهچاله

در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه فیزیک، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند.

«مجید عوض‌زاده»، فارغ‌ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه تهران است. فیزیک، ریاضیات و مهندسی مکانیک از جمله مباحث مورد علاقه او هستند که در رابطه با آن‌ها تولید محتوا می‌کند.

بر اساس رای 412 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

9 نظر در “سیاه چاله چیست؟ — به زبان ساده

  • سفر در زمان ینی با سرعت نور حرکت کنیم میریم به اینده پس اختیار بشر چی میشه من که سفر در زمان و به هیچ وجه قبول ندارم ینی سی سال بعد من زودتر وجود داره پس من اختیارم چه میشود

    1. درک این موضوع کمی سخت است ولی مثال زیر درک این موضوع را راحت تر میکند
      _وقتی یک آدم ۵۰ ساله که فرزندی ۲۰ ساله دارد به زمان سفر میکند سن اوهمان ۵۰ سال است اما سن فرزندش شاید از ۵۰ سال هم بیشتر شده باشد

    2. سفر در زمان هم اونجور چیزی نیست
      فرض کنید شما باید یک مسیر ۱۰۰ کیلومتری رو واسه رسیدن به هدفی طی کنید اگه سرعت شما در مسیر رسیدن ۱۰۰ کیلومتر در ۵ دقیقه باشد
      و شما بتونید سرعت خودتون رو به ۲۰۰ کیلومتر در ۵ دقیقه برسونید یعنی شما ۲ و نیم دقیقه برای رسیدن به هدفتون در زمان سفر کردید

    3. سفر در زمان به این معنا نیست.
      فرض کن تو ۳۰ سالته و برادرت نیز ۳۰ سالشه ت بیدار میشی میبینی برادرت ۶۰ سالشه و زندگیشو کرده ولی ت هنوز ۳۰ سالته.
      و یا ممکن است ت در جایی باشی ک زمان برات به تندی بگذرد ولی ت لحظه هارو حس میکنی و سنت زیاد میشه در صورتی که ب سوادت و یا به چیزایی ک داری چیزی اضافع نشده( مثلا شغلی نگرفتی) ولی بقیه افراد بزرگ نشدن
      چندی پیش در فیلمی علمی تخیلی این اتفاق هر چند به صورت غیر علمی ولی قابل درک رخ داد در شرایطی تمام مردم ثابت مانده بودند اما فقط یک نفر توانایی حرکت و زندگی داشت و اونها با سرعت کمی نظیر صفر سنشان زیاد میشد و در نتیجه بعد این ماجرا این فرد نسبت به رفیقاش خیلی پیر تر بود

  • سلام . حالا تقریبا یه چیزایی فهمیدم در مورد سیاه‌چاله‌ها .
    اما در مورد خمیدگی زمان چیزی نمی‌فهمم . چه رابطه‌ای بین زمان و فضا هست ؟
    این نور ، ستاره و …. که جذب سیاه‌چاله میشه تبدیل به چیز خاصی میشن ؟
    چرا باید سیاه‌چاله بوجود بیاد ؟

    1. اصولا زمان توسط ما بوجود اومده( بخاطر عمر محدود اجرام)
      خمیدگی زمان هم مثلا روی سطح زمین ۲۴ ساعت رو یک روز مینامیم ولی اگه به دور خورشید زمان رو طبقه بندی کنیم هر ۳۶۵ روز زمینی برای ما ۱ روز حساب میشه
      تنها چیزی که درباره فضا میدونیم اینه که از گرانش( جاذبه) پیروی میکنه و اجرام سنگین اجرام سبک تر رو به دور خودشون نزدیک و نزدیک تر میکنن( شما تشک تخت رو در نظر بگیرید اگه یه پاتون رو استاده روی تشک بزارید تشک مقداری گود میشه اگه در حاشیه های گودی که شبیه گرداب هستش چندتا توپ بندازید سر میخورن و به سمت پای شما متمایل میشن ولی اگه وزن اون توپ ها هم وزن پای شما باشن دیگه به سمت پای شما نمیان در واقع مثل پای شما واسه خودشون یه گودی به وجود میارن)
      سیاه چاله ها سنگین ترین اجرام کیهان هستن( تا اونجایی که شناخته شده ، ممکنه چندین سال بعد اجرام سنگین تر از سیاه چاله پیدا بشه) که در صفحه‌ی فضا انحنا بوجود اوردن و اجرام دیگه رو به سمت خودشون میکشن( مثل مرکز کهکشان راه شیری که با شکل فرفره آروم به سمت مرکز چرخش داره) بعد فضا و زمان هم یک فرضیه هستش چون تا حدودی که عرض کردم فضا بصورت صفحه هستش و ممکنه صفحات دیگه‌ای هم وجود داشته باشه که راه ارتباطشون سیاه چاله ها باشن( خب شاید بگین یه کاوشگر یا سفینه بی سر نشین بفرستن داخلش ببینن چه خبره، خب نمیشه چون اول اینکه اونقدر نیرو داره که یه سیاره رو به پودر تبدیل میکنه و فعلا چیزی به اون محکمی وجود نداره، و دوم اینکه حتی نور هم نمیتونه از سیاه چاله رد بشه و تو دامش میافته( نور هم امواج الکترو مغناطیس هستش) پس اگه هم بشه واردش شد هر اطلاعاتی توسط کاوشگر فرستاده بشه از سیاه چاله بیرون نمیاد( خلاصه تنها راهش اینه که یه چیزی بسازیم از مرکز خورشید عبورش بدیم هم نسوزه و استحکامش هم اونقدری باشه که هیچ چی نتونه آسیبی بهش بزنه و باز هم آخر چند نفر باید برن داخلش ببینن چه میشه که اون هم اگه برن تو دیگه نمیتونن بیان بیرون مگه توی یه صفحه‌ی فضا زمانیه دیگه منتظر بمونن تا ما هم بریم)

  • سلام و سپاس
    ممنون و سپاسگزارم بفرمایید
    ماده محدود هست یا بی نهایت ؟ بنظر می‌رسد که ماده حد داشته باشد ، آنگاه بفرمایید شکل جهان هستی چه شکلی هست و توسط چه چیزی احاطه شده است ؟
    سپاسگزارم.
    دکتر مجید بختیاری

    1. اینکه ماده محدوده یا بینهایت نمیشه نظر داد( ولی طبق گزارشات بیگ بنگ موقع انفجار ماده در جهان پخش شده پس ممکنه محدود باشه ولی توسط انفجار های عظیم بعدی مساحت فضا مدام بزرگتر میشه)
      بیشتر اشکال فضا گرد و کروی هستن و حتی تا جاهای شناخته شده باز هم به همین شکله( علت گرد بودن هم جاذبه هستش و چون درفضا خلا هست جازبه در تمام زوایا بر اجسام وارد میشه به همین دلیل اشکال گرد هستن)
      جهان هستی از ماده ( شاید هم انرژی) ناشناخته تاریک احاطه شده

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *