سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله چیست، چگونه شکل می‌گیرد، از چه بخش‌هایی تشکیل شده است، چه تعداد سیاه چاله در کهکشان‌ها داریم و درون سیاهچاله‌ها چه خبر است؟ در این مقاله سعی داریم به همه این سوال‌ها پرامون سیاه چاله یا Black Hole پاسخ دهیم.

سیاهچاله‌ها اشیای بسیار پرجرمی هستند که حتی نور هم نمی‌تواند از میدان گرانشی آن بگریزد و با توجه به این که نوری از درون آن ساطع نمی‌شود به طور مستقیم قابل رویت نیست. سال‌هاست که دانشمندان از وجود سیاهچاله (Black Hole) مطلع هستند و این سیاهچاله‌ها با میدان گرانشی فوق‌العاده قدرتمند خود، وجودشان را اثبات می‌کردند. حالا برای نخستین بار تصویر واقعی از یک سیاهچاله توسط فیزیکدانان به ثبت رسیده است. این تصویر از سیاهچاله‌ای در کهکشان M87 و در جایی که بیش از 50 میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد ثبت شده و عصر جدیدی را درباره سیاهچاله‌ها آغاز کرده است. به همین بهانه قصد داریم در این مقاله به این موضوع بپردازیم که سیاهچاله چیست، چگونه شکل می‌گیرد و درون آن چه می‌گذرد؟

سیاه چاله به ناحیه‌ای از فضا-زمان گفته می‌شود که اثر گرانشی فوق‌العاده قدرتمندی دارد و هر چیزی، حتی تابش‌های الکترومغناطیسی مانند نور را به درون خود می‌کشاند. مرز این ناحیه از فضا-زمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون بگریزد را افق رویداد نامگذاری کرده‌اند.

نیروی جاذبه نزدیک سیاهچاله بسیار قوی است، چرا که همه مواد سیاهچاله در مرکز یک نقطه متمرکز شده‌اند. این نقطه را یک تکینگی یا سینگولاریتی (Singularity) می‌نامند و برخی فیزیکدانان معتقدند این نقطه حتی از هسته یک اتم نیز کوچک‌تر است. سیاه چاله‌ها به رنگ سیاه هستند چون هیچ نوری از سطح آن به بیرون راه پیدا نمی‌کند.

چگونگی شکل‌گیری سیاهچاله‌ها

سیاهچاله‌های ستاره‌ای، عمومی‌ترین نوع سیاهچاله هستند. وقتی یک ستاره بزرگ با جرم بیش از 20 برابر خورشید تحت نیروی ناشی از گرانش و در اثر یک انفجار ابرنواختری در پایان عمرش، از داخل منفجر می‌شود، به یک سیاهچاله تبدیل می‌گردد. جرم سیاهچاله‌ها با دریافت جرم از اطراف و با جذب ستارگان پیرامون و به هم پیوستن سیاهچاله‌های مختلف، افزایش می‌یابد و ممکن است سیاهچاله کلان جرم با جرمی میلیون‌ها برابر خورشید تشکیل شود. فیزیکدانان می‌گویند در مرکز کهکشان راه شیری یک سیاه چاله بسیار پرجرم با جرمی بیش از 3 میلیون برابر خورشید قرار دارد.

سیاهچاله‌ها به دلیل آن که نوری از آن‌ها خارج نمی‌شود، در حالت عادی قابل دیدن نیستند و تصویری که اخیرا منتشر شده، اولین تصویر واقعی از افق رویداد یک سیاهچاله است. واژه سیاهچاله فضایی اولین بار توسط جان ویلر مطرح شد، اما در سال 1915 میلادی آلبرت اینشتین نظریه گرانش خود را با نام نسبیت عام ارائه داد. این نظریه جنبه‌های اخترفیزیکی بسیاری مهمی دارد و وجود سیاهچاله‌ها را به عنوان وضعیت پایانی ستاره‌های بزرگ پیش‌بینی می‌کرد. طبق قانون نسبیت، یک سیاه چاله زمانی ممکن است شکل بگیرد که یک جرم سنگین، سوخت هسته‌ای خود را از دست بدهد و در اثر نیروی جاذبه خودش در خود فرو بریزد.

افق رویداد

مهم‌ترین ویژگی که یک سیاهچاله را تعریف می‌کند، پیدایش افق رویداد آن است. افق رویداد تقریبا به شکل کروی حول نقطه مرکزی سیاه چاله بوده و ناحیه‌ای است که عبور نور و ماده از آن فقط در یک جهت و به طرف درون آن امکان می‌پذیرد. در واقع افق رویداد، یک ویژگی تعریف شده است که حدود سیاهچاله را مشخص می‌کند.

استیون هاوکینگ در سال 2015 گفت سیاهچاله‌ها اطلاعات مربوط به چیزهایی که درونشان سقوط کرده‌اند را ذخیره می‌کنند. به گفته وی، این اطلاعات در داخل سیاهچاله ذخیره نمی‌شود، بلکه در سرحد آن یعنی در همان افق رویداد ذخیره می‌شوند.

تعداد سیاهچاله‌ها

تعداد سیاهچاله‌ها در جهان به اندازه‌ای زیاد است که نمی‌توان آن‌ها را شمرد. به عنوان مثال کهکشان راه شیری به تنهایی حدود 100 میلیارد ستاره دارد و از هر هزار ستاره، تقریبا یکی‌شان به اندازه‌ای بزرگ است که می‌تواند به سیاهچاله تبدیل شود. پس می‌توان حدس زد که کهکشان راه شیری حدود 100 میلیون سیاهچاله ستاره‌ای دارد، اما تاکنون تعداد محدودی از آن‌ها شناسایی شده‌اند.

درون سیاهچاله چه خبر است؟

بر خلاف برخی فیلم‌های علمی تخیلی که درباره سیاهچاله‌ها ساخته شده است، سفر به درون یک سیاه چاله، سفری بدون بازگشت است. اول این که سفر به نزدیک‌ترین سیاهچاله هم حداقل چند هزار سال نوری طول می‌کشد. حتی اگر به فناوری سفر میان ستاره‌ای و ساخت فضاپیمایی با سرعت فرانور دست پیدا کنیم، باز هم نمی‌توانیم از درون یک سیاه چاله جان سالم به در ببریم.

پس از ورود به سیاه چاله بدن انسان مانند اسپاگتی کش می‌آید و سپس متلاشی می‌شود. فرضیه‌ها حاکی از آن است که اگر سیاه چاله کوچک باشد، متلاشی شدن بدن انسان قبل از این که به افق رویداد نزدیک شویم روی می‌دهد، اما اگر سیاهچاله عظیم باشد شاید بتوانید به سلامت افق رویداد را رد کنید و بدنتان دیرتر متلاشی می‌شود. البته برخی فیزیکدانان نیز می‌گویند افق رویداد مانند یک دیوار آتش است و قبل از متلاشی شدن بدن، در افق رویداد می‌سوزید.

دانشمندان می‌گویند سیاهچاله‌ها در فضا حرکت نمی‌کنند تا ستاره‌ها، ماه‌ها و سیاره‌ها را ببلعند و هیچ سیاهچاله‌ای هم آنقدر به منظومه شمسی نزدیک نیست تا زمین به داخل آن بیفتد. حتی اگر یک سیاهچاله جای خورشید را بگیرد باز هم گرانشی معادل گرانش فعلی خورشید می‌داشت و سیاره‌های منظومه شمسی مانند الان به دور آن مدار می‌زدند. البته خورشید هیچوقت به یک سیاه چاله تبدیل نمی‌شود چون جرم آن به اندازه کافی بزرگ نیست که بتواند یک سیاهچاله تشکیل دهد.