سياهچاله و مباحث مربوط به آن[مقاله]

تا به حال در مورد سرعت گریز چیزهای زیادی شنیده وگفته شده است. از این جمله می توان به اینکه اگر جسمی از این سرعت عبور کند از میدان جاذبه ای که در آن حضور دارد می تواند فرار کند یا اینکه سرعت گریز برخی اجرام مثل سیاه چاله ها نزدیک سرعت نور است وتمام چیزهایی که نیروی گرانشی را حس می کنند در دام آن می افتند ومواردی از این دست.

اما این سرعت از کجا به دست می آید واصولاً چه زمانی جسم به حدی می رسد که تبدیل به سیاه چاله می شود؟ پاسخ این سئوال شاید بسیار ساده باشد. اگر جسمی به یک حد فشردگی خاص که در فرمول نیوتنی سرعت گریز نهفته برسد رفتاری از خود بروز می دهد که ما به آن می گوییم یک حفره ی سیاه یا به اصطلاح امروزی سیاه چاله.
البته مفهوم سیاه چاله در قرون گذشته با مبانی محکمتری که کارل شوارتس شیلد از نسبیت عام استخراج کرد تقویت شد. او باحل معادلاتی که یک سال پس از انتشار نسبیت عام توسط انیشتین ارائه شده بود نشان داد که اگر جسمی به شعاع خاصی برسد زمان در اطراف آن کنده شده واز حرکت می ایستد وچند نتیجه ی دیگر. . .
معادله ای که او در یک مختصات کروی بدست آورد اینگونه بود که اگر در مخرج یکی از کسرها مقدار r=2MG/C2 را بگذاریم مقدار کسر به سمت بی نهایت میل می کند. در واقع در کل معادله چیزی به بینهایت نمی رسد ولی ایده ای که از آن استخراج می شود این نتیجه را می دهد که اگر جسمی به شعاع مورد نظر برسد مفهومی به نام سیاه چاله از آن بیرون می آید.
در اکثر محاسبات مقدار عددی 2 که در صورت کسر واقع شده منظور نمی شود ولی در واقع باید گفت که این عدد هم در محاسبات تاثیر دارد. اگر توجه کنیم متوجه می شویم که این رابطه بسیار به فرمول نیوتنی سرعت گریز شبیه است. پس شاید این نتیجه گیری شود که فرقی بین نسبیت عام ومکانیک نیوتنی وجود ندارد برای موارد عملی زیادی که انجام شده این مطلب تائید شده است که مکانیک نیوتنی فقط برای اجرام معمولی صادق است ودر واقع مکانیک نیوتنی حالت خاصی از نسبیت عام است. البته باید توجه کرد که مکانیک نیوتنی در حال حاضر برای تمام اجرام حتی سیاه چاله ها نیز صدق می کند ولی این در حالتی است که ما آثار آن را با یک جسم که در فاصله ی نسبتاً دور از آن قرار دارد بررسی کنیم. در سطح سیاه چاله قوانین دچار تغییر وتحول می شوند وبیشتر از نسبیت عام وخاص پیروی می کنند.
از نسبیت خاص صحبت کردیم،در اینجا سئوالی مطرح می شود. آیا مفهوم سیاه چاله ها از نسبیت خاص هم قابل مطرح کردن است؟آیا نسبیت خاص که اکثراً در مورد ذرات ریز اتمی بکار برده می شود در این مورد هم کارساز است؟در پاسخ باید گفت که نسبیت خاص هم در مورد سیاه چاله ها چیزهایی برای گفتن دارد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در ابتدا چیزی که باید در آن تامل کرد این است که آیا جرم نسبیتی که در نسبیت خاص از آن صحبت می شود تاثیری در نیروهای گرانشی ومحاسبات ما دارد وآیا کلاً فرقی میان جرم نسبیتی وجرم گرانشی ویا جرم لختی وجود دارد؟ در مورد جرم لختی وگرانشی باید گفت که نسبیت عام آنها را یکی کرد ولی کار در مورد جرم نسبیتی کمی پیچیده تر است. چون این جرم تابع سرعت است با یک آزمایش ساده نمی توان گفت که این جرم نیز تفاوتی با جرم گرانشی یا لختی ندارد.اما با وجود این باید گفت که ما حتماً باید جرم نسبیتی را نیز در مورد نیروهای گرانشی اعمال کنیم.در واقع جرم نسبیتی هم نیروی گرانشی را حس می کند وبا آن بر هم کنش دارد که ساده ترین مورد آن جرم حرکتی فوتون است که در میدان گرانشی منحرف می شود.
حال ببینیم که اگر ما جرم نسبیتی را در یکی از فرمول های گرانشی اعمال کنیم چه اتفاقی می افتد؟ وچگونه به ایده ی سیاه چاله می رسیم؟
در مکانیک نیوتنی ما با چیزی به نام انرژی پتانسیل گرانشی آشنا هستیم ونحوه بدست آوردن آن هم بسیار ساده است. منتهی در اینجا ما جرم نسبیتی را هم در آن لحاظ می کنیم.اگر نسبیت خاص را بطور دقیق خوانده باشید جرم نسبیتی در محاسبات مربوط به نیروها هم اعمال می شود وما با توجه به مطالب قبلی آن را در مورد نیروی گرانشی هم بکار می بریم.انرژی پتانسیل گرانشی در واقع منفی مقدار کاری است که برای جابجایی جسم از یک فاصله بی نهایت که(∞) Uبرابر صفر است تا مکانی خاص صورت می گیرد.
معادله ای که برای انرژی پتانسیل گرانشی بدست می آید دارای دو مقدار عددی برای اجرام است. جرمی که میدان گرانشی قویتر دارد وجسمی که در آن میدان واقع شده است. اما شاید مکان این جسم در این میدان گرانشی تغییر کند واین تغییر همراه با سرعتی باشد که بتوان در آن از ملاحظات نسبیتی استفاده کرد. اگر از انرژی پتانسیل گرانشی که در آن از جرم نسبیتی استفاده شده استفاده کنیم وآن را در کنار انرژی جنبشی جسم که در حال فاصله گرفتن از میدان گرانشی است قرار دهیم می توانیم شعاع حدی را برای پیدا شدن یک سیاه چاله بدست آوریم.
فرض می کنیم ما این جسم را از سطح جرمی که جسم مورد نظر در میدان گرانشی آن قرار دارد به بالا پرتاب می کنیم. انرژی جنبشی نسبیتی آن که در تمام سرعتهابرقرار است را در نظر می گیریم. همچنین انرژی پتانسیل گرانشی را که آن هم بصورت نسبیتی است. وقتی جسم به بی نهایت برسد دیگر انرژی جنبشی نخواهد داشت وانرژی پتانسیل آن هم برابر صفر خواهد بود.پس نتیجه می شود که انرژی کل جسم در فاصله بی نهایت صفر است. از پایستگی انرژی می دانیم که انرژی کل این جسم باید در سطح میدان گرانشی هم صفر باشد. یعنی باید داشته باشیم: K+U=0
که اگر مقادیر مورد نظر را در آن قرار دهیم معادله ای بدست می آید که در آن سرعت گریز برای تمام اجرام از زمین گرفته تا خورشید وستاره ی نوترونی وحتی سیاه چاله بدست می آید. این فرمول بسیار فرمول جالبی است چون در نزدیکی اجرام معمولی مثل زمین وخورشید به معادله معروف نیوتنی تحویل می شود واین با یک بسط ساده مشخص می شود.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
اما وقتی جرم افزایش می یابد ویا شعاع کم می شود معادله دچار تغییر وتحولی هرچند کوچک می شود.اگر در این معادله مقدار r=MG/C2 را قرار دهیم متوجه نکته ای می شویم که ما را به همان مفهوم سیاه چاله که از نسبیت عام استخراج شده بود رهنمون می کند.
در اینجا سرعت گریز برابرسرعت نور می شود. در واقع ما توانستیم نوعی همگرایی در مکانیک نیوتنی ونسبیتی برقرار کنیم. مقدار c که در معادله ی کلی سرعت گریز ظاهر می شود این مطلب را تائید می کند. مورد دیگری که در فرمول عمومی سرعت گریز که از محاسبات نسبیت حاضر بدست آمده دیده می شود این است که مقدار سرعت گریز وسرعت مداری در سطح سیاه چاله تقریباً به یک هدد میل می کند وبرابر سرعت نور می شود که این هم از شگفتی های نسبیت خاص است که اجازه نمی دهد چه سرعت گریز وچه سرعت مداری از سرعت نور بیشتر شود.ولی چرا قبلاً این مفهوم از نسبیت خاص استخراج نشده بود؟اما مسئله ای در اینجا ظاهر می شود وآن مقداری اختلاف در اندازه شعاعی که برای تبدیل شدن جرم به سیاه چاله بدست آوردیم. در محاسبات کارل شوارتس شیلد این مقدار برابر 2MG/C2بود ولی در محاسبه ی نسبیت خاص مقدار آن برابر MG/C2 بدست آمد.شاید مسئله در این باشد که در محاسباتی که آقای شوارتس شیلد انجام داده اند نسبیت خاص را در آن منظور نکرده اند. البته فرق زیادی هم در این مورد نمی کند. چون هدف ما رسیدن به مفهوم سیاه چاله بود که خوشبختانه از هر دو روش هم به آن رسیدیم وشاید اگر ما در دام یک سیاه چاله بیافتیم برای ما فرق چندانی نداشته باشد که کدام شعاع دقیق تر است. شما چه فکر می کنید؟
منبع: parssky

تصوير كهكشان راه شيري بدين گونه است:

يك بشقاب از ستاره، گاز، يك كره ي ستاره اي و مقدار زيادي ماده تاريك.
اين به دور يك سياهچاله اي پر جرم- تقريبا سه ميليون برابر خورشيد- مي چرخد.
جرم كهشكان راه شيري حدود 100 تريليون برابر جرم خورشيد است كه براي ما خيلي پرجرم به نظر مي رسد ولي در مقابل ديگر كهكشان ها چيزي عادي است.

حال فرض كنيد كه كهكشاني با همچين دوقلويي برخورد كند. هر دو كهكشان با يكديگر تركيب مي شوند و يك كهكشان جديد و بسيار بزرگ تري را مي سازند. كيهان شناسان روي اين فكر مي كنند كه كهكشان ها چگونه رشد مي كنند- در طول تركيب شدن اين عمل تركيبي.


درحال حاضر با استفاده از ابررايانه ها براي شبيه سازي برخورد كهكشان ها، دانشمندان دانشگاه استنفورد وديگر دانشگاه ها نوعي جديد از اين اتحاد را ديده اند- يك بشقاب مركزي از گاز كه مي تواند صدها يا چند هزار سال نوري عرض داشته باشد و ميليون ها يا چند هزار برابر جرم خورشيد باشد.
آن ها گزارش اولين شكل شبيه سازي شده جفت ابرسياهچاله (SMBH) را در Science Express كه نسخه الكترونيكي مجله ساينس است منتشر كردند.
"نظريه نسبيت عام آينشتين كه رفتار گرانش را توصيف مي كند 90 سال پيش منتشر شد و دفعات متعددي مورد صحت قرار گرفته است." اين را استليوس كازانتزيدي در انستيتوي كاولي گفت. "هرچند كه يك نتيجه ي بزرگ اين نظريه از اين تاييد و صحت خارج بوده است كه آن وجود امواج گرانشي است. با توجه به اين كه SMBH بزرگ ترين منبع امواج گرانشي در جهان را ايجاد مي كند، اين را در اولويت قرار مي دهد تا شرايط اجباري براي اين تركيب را به وجود بياوريم."

كازانتزيدي و لوسيو ماير از انستيتيوي فن آوري فدرال سوئيس(ETH) در زوريخ و دانشگاه زوريخ، نويسنده ي اصلي، اين طرح را تصور كردند و شبيه سازي هاي عددي را طراحي و هدايت كردند. مونيكا كولپي از دانشگاه ميلانو - بيكوسا و پيرو مادائو از دانشگاه كاليفرنيا - سانتا كروز براي ترجمه و تفسير نتايج كمك كردند. توماس كوئين از دانشگاه واشنگتن و جيمز وادسلي از دانشگاه مك مستر كدهاي لازم براي اين شبيه سازي را نوشت.
يك سيستم SMBH از دو SMBH تشكيل شده است كه به دور مركز جرمشان در حال چرخش اند. تركيب سياهچاله ها ممكن است و يا ممكن نيست كه به مكانيزمي بستگي داشته باشد كه مي توان انرژي جنبشي زاويه اي را از مدارشان استخراج كنيم و فاصله ي آن ها را كاهش دهيم، كازانتزيدي اين را گفت.


"يك جفت SMBH ممكن است با ستاره هاي اطراف خودشان يا با گازها كنش داشته باشد.ولي گاز و ستاره ها هر دو يك نيروي اصطكاكي را بر سياهچاله ها اعمال مي كنند. نيروي اصطحكاك انرژي را از حركت مداري SMBH<SPAN lang=FA style="FONT-SIZE: 10pt; FONT-FAMILY: Tahoma"> ها استخراج مي كند.در نتيجه فاصله ي بين آن ها منقبض مي شود." معلوم نيست كه اين از اصطكاك ستاره ها هست و يا گاز كه اين جريان را تحت تاثير قرار مي دهد.


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

براي مدلي كه كهكشان ها با يكديگر پيوند مي خورند، دانشمندان ابتدا از يك برنامه ي رايانه اي استفاده كردند كه كهكشان هايي را با توجه به رصدها و پيش بيني هايِ تئوري ساختند. براي مثال، تمام كهكشان ها توسط هاله اي وسيع و پرجرم از ماده تاريك پوشيده شده اند.
كهكشان هاي دايره اي داراي يك بشقاب از ستاره ها است. در تمام مدل هاي كهكشان هاي ايجاد شده اين دو مورد بايد به همراه آن ها باشد.
اول كه كهكشان را ساختيم مي بايستي مدار آن ها را به گونه اي تنظيم كنيم كه كهكشان ها را گرفتار كنند و به يك تصادف ختم شوند.

دانشمندان فهميدند وقتي كه كهكشان هاي تركيب شونده داراي مقداري گاز باشد، در بسياري از حالت ها SMBH آن ها به يك مجموعه ي دوتايي تبديل خواهد شد. زماني كه جفت شدند، سياهچاله ها ممكن است اختلاف فاصله ي بين خودشان را كاهش دهند تا اين كه اين فاصله به اندازه ي عرض منظومه ي شمسي شود.

در اين جا ما حدس مي زنيم آن ها مي بايستي شروع به انتشار امواج گرانشي كنند.از زماني كه انتشار امواج شروع مي شود، اين ،انرژي را از سياه چاله ي دوتايي استخراج مي كند و سرانجام كم تر از چند تريليون سال بعد از تشكيل اين منظومه ي دوتايي هر دو سياهچاله با هم تركيب مي شوند."

از مدت ها پيش محققان ساختار SMBH ها را با استفاده از شبيه سازي برخورد كهكشان ها در ابررايانه ها بررسي كرده اند و كازانتزيدي و همكارانش اين روش را در مقياس ها فضايي بسيار بزرگ تر دنبال كردند.

با چندين استثناي كم، آخرين مطالعات در تكامل SMBH ها هيچ رلي از گازها مشاهده نشده است. شواهد نظريه اي و رصدي پيشنهاد مي كنند كه در مركز تركيب باقي مانده مقدار قابل توجهي از گاز باقي مي ماند. شبيه سازي هاي ما بينش هاي جديدي را در مورد جفت ها و تركيب SMBHها را براي ما به ارمغان آورد و بر وجود رول هايي از تركيبات گازي براي تعيين سرنوشت SMBHها تاكيد دارد.

كهكشان هاي معمولي مانند كهكشان راه شيري داراي گازهاي تاثير گذار نيستند و تركيب شدن براي تشكيل اين ساختارها بسيار مهم است. شبيه سازي هاي ما ابتدا ساختارهايي از بشقاب هايي هسته اي در كهكشان هاي تركيبي را گزارش دادند. اين طبيعي است كه فرض كنيم كه اين انبار گاز، سوخت لازم براي تغذيه ي سياهچاله هاي مركزي و قدرت هاي هسته هاي كهكشاني را تامين مي كند.

نتايج براي (LISA (Laser Interferometer Space Antenna خبرهاي خوبي است، يك رصد خانه ي بنا شده در فضا و بنا شده براي مشخص كردن امواج گرانشي با استفاده از ليزر هاي تداخل سنجي در فواصل نجومي. آشكارساز هاي LISA براي آزمايش كردن ابرسياهچاله هاي تركيب شده مانند آن هايي كه كازانتزيدي و همكارانش شبيه سازي كرده بودند بسيار ايده آل هستند. با يك سرمايه گذاري مشترك ناسا و سازمان فضايي اروپا ، پيش بيني مي شود كه LISA تا 2015 شروع به رصد كند.

مشخص كردن امواج گرانشي از ابرسياه چاله ها نه تنها موجب درك درست ما از يكي از مباني مهم فيزيك (نسبيت عام) مي شود بلكه به نوعي يك تاييد براي براي سناريوي كنوني ما در مورد ساختار و تكامل كهكشان هاي خواهد بود." كازانتزيدي گفت. "اين يكي از زيبا ترين تركيب هاي بين فيزيك و اخترفيزيك مي باشد."

شبيه سازي ها بر روي ابررايانه هاي مركز ابررايانه اي پيتزبورگ در دانشگاه زوريخ و ETH زوريخ انجام مي شود. اعداد مورد نياز براي محاسبه،اعدادي نجومي مي باشند.اين به همان دليل است كه ما به ابررايانه هايي متوسل شده ايم كه قابليت انجام مقدراي بسيار زيادي محاسبه را در يك ثانيه باشد. شبيه سازي ابررايانه ها به ما اين اجازه را مي دهد تا به طور كامل مدت زمان كيهاني را فشرده كنيم تا اين مدت زمان هاي بسيار طولاني را به چند هفته ي مجازي تبديل كنيم. اين به ما يك ديدگاه كاملي را از جهانمان مي دهد كه چه چيز به تنهايي با رصد كردن در دسترس است.

ابر رايانه ها چيزي شبيه به آزمايشگاه فيزيك را به وجود آورده اند كه قابل دسترس اخترفيزيكدانان است. "شبيه سازي هاي عددي ما با گرفتن وقت چند ماهه ي ابررايانه هاي موجود در جهان، بزرگترين محاسبات عددي در اين زمينه را به وجود آورده است."كازانتزيدي گفت.

تركيب هاي شبيه سازي شده براي كهكشان هاي هم جرم است و احتمال اين كه همين اتفاق براي كهكشان هاي غير هم جرم اتفاق بيفتد كم تر است ولي غير ممكن نيست. در واقع اين سرنوشت كهكشان خودمان يعني كهكشان راه شيري است.
كهكشان خودمان براي تصادف با كهكشان بزرگ تر همسايه اش ،آنرومدا، تقريبا 3تريليون سال نياز دارد. نتايج اين خرابي، نتايج خرابي بشقاب ها و ساختار كهكشان بيضوي خواهد بود.

حمايت روي اين كار از طرف دپارتمان انرژي ايالات متحده و ناسا و بنياد الكساندر ون هامبولت صورت مي گيرد.

منبع اصلی:
news-service.stanford.edu/pr/2007/pr-hole-061307.html
ترجمه:محمد نیک منبع:انجمن فیزیکدانان جوان

مسئله قابل توجه فقط اين نيست كه جسمي در فضا وجوددارد بلكه اين جسم مشخص كننده هندسه فضاي اطرافش مي باشد. انيشتيندر اين مورد مي گويد: هميشه عقيدهبر اين بوده اگر تمامماده جهانمعلوم شود،زمان فضا باقي مي مانند، در حالي كه نظريه نسبيت تاكيد مي كند كه زمان و فضا نيز همراه باماده نابود مي گردند. بنابراين ،جرمبا فضا ارتباط دارد. هر جسمي باعث ميشود كه فضاي اطرافش انحنا پيدا كند. ما به سختي متوجه چنين انحنايي در زندگي خود ميشويم، زيرا با جرم هاي نسبتا كوچكي سروكار داريم. ولي درميدانهاي گرانشي بسيار قوي ، مقدار انحنا ممكن است قابل توجه باشد.تعدادي از رويدادهايي كه اخيرا در فضا مشاهده شده اند،نشان مي دهند كه احتمال تمركز مقادير جرم در بخش هاي كوچكي از فضا وجود دارد. اگرماده اي با جرم معين به اندازه اي متراكم شود كه به حجم كوچكي تبديل گردد و آن حجمبراي چنين ماده‌اي بحراني باشد، ماده تحت تاثير گرانش خود شروع به انقباض مي نمايد. با انقباض بيشتر ماده ، فاجعه گرانشي گسترش مي‌يابد و آنچه كه فرو ريختن گرانشيناميده مي شود، آغاز مي گردد. تمركز ماده در اين فرآيند افزايش مي يابد و طبق نظريهنسبيت ،انحناي فضانيز به تدريج بيشتر مي گردد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سرانجام لحظه اي فرا مي رسد كه هيچ پرتوئي ازنور، ذره و نشانه فيزيكي ديگر نمي تواند از اين قسمت كه دچار فروريختن جرم شده ، خارج گردد. اين جسم به عنوانسياهچالهشناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو ريختنكه به يك سياهچاله تبديل مي گردد،شعاع گرانشيناميده مي شود. اين شعاع برايجرم خورشيد سه كيلومتر و براي جرم زمين 9/0 سانتي متر است
اگر خورشيد در اثرانقباض به كره‌اي با شعاع سه كيلومتر تبديل شود، به صورت يك سياهچاله در مي آيد. در سطح جسمي كه شعاعش با شعاع گرانشي جرم آن برابر مي باشد، فوق‌العاده شديد است. براي غلبه بر نيرويگرانشي لازم استسرعت فرارافزايش يابد، كه مقدار آن بيشترازسرعتنور مي باشد. طبقنظريهخاص نسبيت كه اكنون قابل قبول است، در جهان هيچ چيز نمي تواند با سرعت بيشتر ازسرعت نور حركت كند. به همين دليل سياهچاله ها اجازه نمي دهند هر چيزي از آنها خارجگردد. از سوي ديگر ، سياهچاله مي تواند ماده را از فضاي اطراف به درون خود ببلعد وبزرگتر شود. براي توضيح تمام پديده هايي كه مربوط به سياهچاله مي شوند، فرضيه عامنسبيت لازم مي باشد. بر اساس اين نظريه ، گذشت زمان در ميدان گرانشي قوي آهسته ميباشد. براي ناظري كه در خارج سياهچالهقرار دارد، افتادن يك جسم به درون سياهچاله مدت طولاني متوقف مي گردد. در چنينحالتي ناظر فرضي در ارتبط باعمل انقباضواقعا تصوير كاملا متفاوتي رامشاهده خواهد نمود. ناظر در حالي كه در ظرف مدت محدودي به شعاع گرانشي مي رسد،سقوطش ادامه مي يابد، تا آنكه به مركز سياهچاله برسد. ماده در حال فروريختن ، پس ازگذشتن از شعاع گرانش به انقباض ادامه مي دهد. طبق اختر فيزيك نظري جديد ممكن استسياهچاله ها مرحله پايانيزندگيستارگان جسيم باشند. مادامي كه يك منبع انرژي در ناحيه مركزي ستاره فعاليت مي نمايد، درجات حرارت بالا باعث انبساط گاز و جدا شدن لايه هاي بالائي آنمي شود. در عين حال ، نيروي گرانشي عظيم ستاره اين لايه ها را به سوي مركز ميكشاند. پس از آن كه سوخت تامين كنندهواكنش‌هاي هسته‌ايبه مصرف رسيد، درجه حرارتدر ناحيه مركزي ستاره به تدريج پايين مي آيد. در اين مرحلهتعادل ستارهبه هم مي خورد و ستاره تحتتاثيرنيرويگرانشي خود منقبض مي گردد. تكامل و تغيير بيشتر آن به جرمش بستگي دارد. طبقمحاسبات اگر جرم ستاره سه تا پنج برابر جرم خورشيد باشد، مرحله پاياني انقباض آنممكن است باعث فروريختن گرانشي و تشكيل سياهچاله گردد.

در اغلب مقاله ها در مورد سياه چاله ها مي خوانيم كه يك ستاره بايد تا حد يك نقطه بسيط چگاليده شود. اين بيان كننده يك موجود شگفت باغلظت و انحنايي همانند فضا(انحنا و چگالي نامحدود) به همراه زمان موهومي در درون اش مي باشد. بهر حال من معتقدم كه ممكن است چيزي وجود داشته باشد كه اين روند نابودي نهايي به سوي يك نقطه را متوقف كند و اين توقف زمان است.
فقط درصورتي مي توان ازاين مشكلات استثنايي پيشگيري كرد كه تصوركنيم دراثريك واقعه زمان متوقف ميشود.
ستاره اي را تصورمي كنيم كه بتوان موقعييتي را كه بوسيله توزيع چگالي دروني اش ( كه بوسيله يك افق رويداد محدود مي شود) توصيف مي شود را به حجم كل ستاره نسبت داد. دراين نمونه زمان در تمام حجم ستاره متوقف خواهد شد (افق رويداد يك كره خواهد بود، نه يك سطح كروي) و بنابراين تلاشي از اين لحظه رخ نخواهد داد حتي اگر فشار نتروني دوام داشته باشد، و نترونها پيش از اين شروع به همجوشي كرده باشند.
بدين سان اگر در يك ستاره در حال مرگ، اين توضيع چگالي رخ دهد، مرگ متوقف مي شود زيرا زمان متوقف مي شود.
براي بدست آوردن اين توضيع بايد بدانيم كه گرانش در درون يك ستاره برابراست با گرانش حاصل از حذف قسمتهايي از كره كه بالاي اين نقطه قرار دارد1. بدين سان محاسبه ها همان محاسبه هاي مربوط به سطح مي باشند ولي فقط سطحي را كه پايين نقطه مي ماند را بحساب مي آورد.
سپس در مي يابيم كه رابطه M'/r' (معادله 4) بايد براي حجم كل ستاره ثابت باَشد.M' يك جرم كروي است با شعاع r' و با همان مركز ستاره، بنابر اين خواهيم داشت:
(12) وجرم بصورت زير محاسبه مي شود
M'=Kr'
(13)
علاوه بر اين، جرم نهايي ستاره با جمع كل جرم مشتقه برابر خواهد شد. ديفرانسيل جرم برابر چگالي در يك گوي نقطه2 delta (X) ضرب در ديفرانسيل حجم است، كه اين برابر با سطح كره ضرب در ديفرانسيل شعاعي خواهد شد. بنابراين يك جرم برابر چگالي رابطه با انتگرال بين 0 تا 'r بدست خواهيم آورد
(14)
يك راه آشكار براي delta (X) مثل جواب انتگرال' Kr،مي شود
كه x فاصله نقطه از ستاره است ما مركز مشترك را مطالعه مي كنيم.
براي عمق بيشتر به چگالي بيشتري نيازداريم كه تناسب را به مجزور شعاع وارانه كند. اين ما را به يك چگالي نامحدود در مركز ستاره مي برد، ولي بايد ببينيم كه شعاع و جرم به سمت سفر ميل مي كنند. آن ايده بهتري است.
شايد اين نمونه از سياهچاله در فضا عمومي باشد، زيرا در يك انفجار ستاره اي همجوشي نتروني در مركز ستاره آغاز خواهد شد، و لحظه اي كه ايستادن زمان در مركز ستاره آغاز شود، مانع همجوشي بيشتر ماده در آن نقطه مي شود. اين توقف كه لايه به لايه بسمت خارج ادامه مي يابد يك توضيع چگالي همانند آنچه حساب كردم ، و بنابراين از افق رويداد به داخل يك سياه چاله جامد وبدون فروريزش توليد مي كند .
1- يعني كره اي از آن ستاره را در نظر بگيريم كه نقطه روي سطح آن باشد .
2- ديفرانسيل حجم كه بخش كوچكي از كره است به گوي نقطه تشبيه شده است.
منبع:

کد:

---

http://inform.blogfa.com/

---

کلمه Black Hole و یا " سیاهچاله" را برای اولین بار ستاره شناس آمریکایی به نام جان ویلر به کار برده است. ویلر عبارت "سیاهچاله" را برای نمایش مصور نظریه ای که بیش از 200 سال درباره آن بحث شده بود انتخاب کرد. در این مطلب ما عبارت "ستاره خاموش" را برای این منظور برگزیده ایم. برای خواننده فارسی زبان "ستاره خاموش" در واقع همان مفهومی را می رساند که عبارت “Black Hole” برای خواننده انگلیسی زبان. در این مطلب، خواص ستارگان خاموش، چگونگی پیدایش یک ستاره خاموش، انواع ستارگان خاموش، و چگونگی مراحل کشف یک ستاره خاموش را بحث خواهیم کرد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

یک ستاره شناس انگلیسی به نام جان میچل در سال 1873 میلادی، مقاله ای انتشار داد که در آن صحبت از ستارگانی شده بود که هیچ گونه نوری از آنها گسیل نمی گردد. او معتقد بود که نیروی جاذبه این ستارگان آن چنان زیاد است که هیچ جسمی نمی تواند افق آنها را ترک کند. به همین دلیل، نور این ستارگان قبل از این که از افق آنها خارج شود دوباره به سطح ستاره جذب می گردد. همچنین، چند سال بعد دانشمند ریاضی به نام لاپلاس، بر اساس محاسبات دقیق ریاضی که روی فرمول های نیوتن انجام داده بود به این نتیجه رسید که مجموع جرم اجسام مرئی در آسمان کافی نیست تا نیروی جاذبه، جهان را در حال تعادل نگاه دارد. لاپلاس دنبال این مسئله را نگرفت، ولی، با اعتماد کامل گفت: مجموع جرم اجسام مرئی بسیار کمتر از آن است که بتواند جهان را در حال تعادل نگاه دارد.
نظریه میچل فوراً با این مسئله رو به رو شد که اگر هیچ چیز سطح این ستارگان را ترک نمی کند، پس چگونه ما به وجود آن پی می بریم؟ میچل در جواب این سوال می گوید: بهترین دلیل بر وجود این ستارگان همین است که ما در اینجا و بر روی زمین قرار داریم و چنین سوالی می کنیم. او توضیح داد، کمبود جرم لازم برای استقرار تعادل بین اجرام سماوی آنقدر زیاد است که چاره ای جز این نداریم که قبول کنیم اجرام نامرئی فراوانی وجود دارد که تعادل نیروی جاذبه را با چنین نظم معینی به وجود آورده اند. او اضافه کرد که این اجرام نامرئی دارای چنان جرم زیادی هستند، که ممکن است نابودی یکی از آنها در مجاورت منظومه شمسی تعادل منظومه شمسی را بر هم زند و تمامی منظومه شمسی به گوشه ای از جهان پرتاب گردد.
این نکته قابل ذکر است که وجود اجسامی که امروز آنها را ستارگان خاموش می نامیم را اشخاصی مانند لاپلاس و میچل، با اتکاء بر محاسبات ریاضی، پیش بینی کرده اند. به خصوص لاپلاس در نوشته های خود اشاره به اجسام بسیار سنگین و نامرئی در آسمان کرده و می گوید: "چگالی این اجسام باید هزاران برابر بیشتر از چگالی اجسامی باشد که تاکنون شناخته ایم." شرح کوتاهی از چگونگی به وجود آمدن یک ستاره به ما کمک خواهد کرد تا فرایند تبدیل شدن یک یا چند ستاره را به یک ستاره خاموش بهتر درک کنیم.
هنگامی که به درون یک بادکنک می دمیم، نیروی کشش بادکنک در اثر فشار هوایی که در آن دمیده می شود کم می شود و در نتیجه بادکنک بر اثر فشار هوایی که درون آن دمیده می شود بزرگ می گردد. هر کودکی می داند که اگر بیش از حد معینی در بادکنک خود بدمد، بادکنک او خواهد ترکید . یعنی مقاومت فشار هوای داخل بادکنک بیشتر از نیروی مقاومت پلاستیک بادکنک می گردد، آن وقت بادکنک می ترکد. بعد از این که بادکنک ترکید، هم هوای داخل بادکنک به حالت کشش اولیه برمی گردد. فرایند پیدایش یک ستاره دقیقاً شبیه عمل بادکردن و ترکیدن بادکنک است.
وقتی تعادل لازم بین نیروی جاذبه و فشار گاز هیدروژن، که به صورت ابرهای متراکم در فضا سرگردان هستند، وجود نداشته باشد، گاز هیدروژن به درون خود فرو می ریزد. هر چه اتم های هیدروژن با سرعت بیشتری به هم برخورد کنند انرژی بیشتری تولید می کنند تا آنجا که گرمای حاصل از این انرژی می تواند اتم های هیدروژن را با هم ترکیب کرده و از آن گاز هلیم بسازد. عمل ترکیب اتم های هیدروژن آن چنان حرارتی تولید می کند که توده ابر هیدروژن ملتهب می شود. از طرف دیگر ، گرمای بسیار زیاد حاصل از تبدیل گاز هیدروژن بهگاز هلیم فشار گاز را آن چنان زیاد می کند که بین نیروی جاذبه و فشار گاز تعادل نسبی برقرار می شود. وفتی این توده عظیم گاز با نیروی جاذبه متعادل شود، ستاره تازه ای به وجود می آید. باید توجه داشت، فرایند پیدایش یک ستاره بین صد میلیون سال طول می کشد.
برای این که یک ستاره نوزاد به حیات خود ادامه دهد، بایستی بین فشار گازهای ملتهب سطح ستاره، نیروی جاذبه ای که در فضای اطراف ستاره وجود دارد، و نیروی جاذبه خود ستاره یک تعادل پایدار برقرار شود. این تعادل، به خاطر بالا رفتن دما، التهاب گازها، و ازدیاد فشار گازها به وجود می آیند. در این حال، اگر گازها دوباره سرد گردند، فشار آنها گرم شده و در نتیجه تعادل بین فشار گاز و نیروی جاذبه به هم می خورد. پس لازم است، ستاره به طور دائم سوخت لازم برای ایجاد دمای مورد نیاز جهت ایجاد تعادل بین فشار گاز و نیروی جاذبه را، فراهم کند. این سوخت لازم همان انبوه گاز هیدروژنی است که ستاره را به وجود آورده است. از آنجا که، جرم هیچ ستاره ای نمی تواند بی نهایت باشد، هر ستاره ای پس از مدت زمان معینی دیگر قادر به تهیه سوخت لازم برای گرم نگاه داشتن گازهای سطح خود نخواهد بود. در چنین حالتی گازها شروع به سرد شدن می کنند و ستاره سرنوشت دیگری پیدا خواهد کرد. یک دانشمند هندی به نام سوبرامانیان چانداراشکر این سرنوشت را به نحو احسن تعریف کرده است، که ما در قسمت بعد به توصیف نظریه او می پردازیم.
مطلبی که لازم است تذکر داده شود، طول عمر یک ستاره است. همان طور که دوران تولد یک ستاره بین ده تا صد میلیون سال طول می کشد، عمر یک ستاره نیز بسیار طولانی است. برای روشن شدن این مطلب بهتر است خورشید خودمان را در نظر بگیریم. خورشید یکی از میلیون ها ستاره ای است که با روشی که تشریح شد به وجود آمده است. خورشید از نظر جرم و وزن در رده میانی ستارگان قرار دارد. یعنی خورشید نه جزء ستارگان کوچک است و نه از دسته ستارگان بزرگ. اگر همه ستارگان را بر اساس وزن و حجم به ده رده تقسیم کنیم، خورشید در رده چهار یا پنج قرار خواهد گرفت. جرم فعلی خورشید بیش از سی هزار برابر جرم زمین است و حجم آن یک میلیون و سیصد هزار برابر زمین است. از عمر خورشید تقریباً پنج بیلیون سال می گذرد و هنوز در عنفوان جوانی است. دوران تولد خورشید زمانی بین 10 تا 27 میلیون سال طول کشیده است. دمای خورشید در نزدیکی مرکز آن به 40 میلیون درجه سانتیگراد می رسد و در سطح آن در حدود 15 هزار درجه سانتیگراد است. در طول 5 بیلیون سالی که خورشید در حال تعادل بوده است، نیمی از جرم خود را تبدیل به گرما کرده است. جرم فعلی خورشید معادل 2.19 × 1027 تن است که این جرم کافی است تا 5 بیلیون سال دیگر خورشید را در حال تعادل و به صورت فعلی نگاه دارد و پس از 5 بیلیون سال خورشید دیگر گاز کافی برای سوزاندن نخواهد داشت و امکان دارد که به ستاره ای خاموش تبدیل گردد.
سرنوشت ستارگان خاموش
در پاییز سال 1927 میلادی دانشجوی جوانی به نام سوبرامانیان چانداراشکر با کشتی از سمت جزایر اقیانوس هند، عازم انگلستان شد تا زیر نظر آرتور ادینگتون، ستاره شناس به نام روز، تحصیلات دوره دکترای خود را در دانشگاه آکسفورد شروع کند. ادینگتون یکی از کسانی بود که در نظریه نسبیت عام تخصص داشت.
چاندارشکر در طول سفر دریایی خود به این مسئله فکر می کرد که یک ستاره چه اندازه باید بزرگ باشد – چه از نظر حجم و چه از نظر جرم – تا بتواند بعد از آن که سوختش تمام شد خود را در مقابل نیروی جاذبه خودش حفظ کند. همان طور که می دانیم تعادل میان جاذبه یک ستاره و فشار گازهایی که ستاره را تشکیل می دهند بر اثر گرمای زیاد گازها به وجود می آید. لذا، هر ستاره ای برای حفظ تعادل بین نیروی جاذبه خود و فشار گازهای خود باید به طور مداوم مقدار زیادی از جرم خود را به مصرف سوخت برساند تا دمای گازها را در حد لازم نگاه دارد. از طرف دیگر به همان نسبت که از جرم ستاره بر اثر سوختن کم می شود از نیروی جاذبه آن هم کم می شود و در نتیجه سوخت کمتری لازم است تا تعادل را نگاه دارد. سوال چاندراشکر این بود که اگر سوخت ستاره تمام و گازها سرد شوند چه چیزی دیگری می تواند تعادل بین فشار گاز و نیروی جاذبه را حفظ کند به گونه ای که مانع از فروریختن ستاره در خود شود. وقتی ستاره ای کوچک می شود، از یک طرف، ذرات مادی آن ستاره به هم نزدیک می شوند و از طرف دیگر، بر اساس اصل طرد، این ذرات با سرعت بسیار زیاد از هم دور می شوند. چرا که، در غیر این صورت، امکان ترکیب آنها وجود خواهد داشت.این سرعت باعث خواهد شدکه ستاره گسترش یابد و اگر گسترش ادامه پیدا کندبه جایی می رسد که دیگر گسترش لازم نیست و ذرات به اندازه ای از هم دور هستند که دیگر برخورد و ترکیب آنها وجود نخواهد داشت. از طرف دیگر، این گسترش به خودی خود نمی تواند ادامه پیدا کند و جاذبه ستاره بر روی سرعت ذرات اثر می گذارد و از ازدیاد بی حد سرعت آنها جلوگیری می کند. لذا، به جایی می رسیم که تعادل لازم بین نیروی جاذبه ستاره و انرژی حاصل از حرکت ذرات مادی ستاره به وجود می آید در نتیجه، یک ستاره می تواند قطر خودش را در یک حد معین حفظ کند. چانداراشکر متوجه شد که نیروی واکنش که بر اساس اصل طرد به وجود می آید و ذرات مادی ستاره را به سرعت از هم دور می کند می بایست دارای حدی باشد. چون هیچ جسمی نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند، حداکثر نیروی لازم برای به حرکت درآوردن ذرات مادی ستاره نیرویی است که ذرات مادی ستاره را با سرعتی معادل سرعت نور به حرکت در آورد. حال اگر ستاره به آن اندزه مترکم گردد که برای خنثی کردن نیروی جاذبه ستاره و ایجاد تعادل در آن ستاره ذرات مادی مجبور باشند با سرعتی مساوی یا بالاتر از سرعت نور حرکت کنند، ستاره دیگر نمی تواند خودش را در مقابل نیروی جاذبه خودش حفظ کند و به درون خود سقوط خواهد کرد. بر اساس این فرض بود که چانداراشکر تصمیم گرفت جرم یک ستاره سرد را به گونه ای محاسبه کند که ستاره تواند خود را در مقابل نیروی جاذبه خودش در حال تعادل نگاه دارد.
نتیجه محاسبه های او امروز به حد "چانداراشکر" است و برابر است با جرمی معادل یک برابر و نیم جرم فعلی خورشید. ستارگان سردی که جرم آنها از حد چاندارا شکر کمتر است تبدیل به ستارگان بسیار متراکمی می شوند که دارای قطری در حدود 15 هزار کیلومتر هستند و چگالی آنها بیش از صدها تن است. این ستارگان موسوم به کوتولههای سفید هستند. این ستارگان قادرند تعادلی بین نیروی جاذبه خود و نیروی حاصل از سرعت ذرات مادی خود به وجود آورند که در این حد متراکم باقی بمانند و از این متراکم تر نگردند. تاکنون تعداد فراوانی از کوتوله های سفید مشاهده شده اند. یکی از اولین کوتوله های سفید که وجودش ثابت شده است هـمـان سـتـاره ای اسـت که به دور سیـروس (Sirius)، که یکـی از روشن ترین ستارگان است، می چرخد.
سیروس بعد از پروکسیما نزدیکترین ستاره به زمین است و فاصله اش تا زمین معادل 7/8 سال نوری است. جرم این ستاره 4/2 برابر جرم خورشید است. دمای سطح سیروس بیش از دمای سطح خورشید است. ستاره شناس آلمانی بنام فردریک ویلهلم بسل در سال 1844 میلادی با مشاهده مسیر حرکت سیروس بر این عقیده شد که این ستاره باید جرمی شبیه به سیاراتی که خورشید را دور می زنند داشته باشد که او را همراهی کنند. 18 سال بعدستاره شناس آمریکایی به نام الوان کلارک توانست وجود چنین همدمی را برای سیروس ثابت کند. بعدها معلوم شد که این همدم سیروس یکی از همان کوتوله های سفید است.
حد چانداراشکر وضع ستارگان خاموشی را که جرم آنها از 5/1 برابر جرم خورشید بیشتر است روشن نمی کند. بعد از انتشار نظریه چانداراشکر یک دانشمند روسی به نام لاندائو برای ستارگان خاموشی که جرم آنها تقریباً دو برابر خورشید است اما حجم آنها بسیار کوچکتر از کوتوله های سفید است سرنوشت دیگری را پیش بینی کرد. او معتقد بود، این ستارگان بر اثر ازدیاد سرعت نوترون ها و پروتون های خود به حال تعادل در می آیند. لاندائو نام این گونه ستارگان را ستارگان نوترونی گذاشت. بنابراین، کوتوله های سفید سرنوشت نهایی ستارگان خاموشی هستند که جرمی کمتر از 5/1 برابر جرم خورشید را دارا هستند، ستارگان خاموشی که دارای جرمی بین 5/1 تا 2 برابر جرم خورشید هستند به ستارگان نوترونی تبدیل خواهند شد. اما سرنوشت بقیه ستارگان خاموش که جرم آنها از دو برابر جرم خورشید بیشتر است نامعلوم می ماند. ناگفته نماند که سال ها بعد از آن که لاندائو وجود ستارگان نوترونی را پیش بینی کرده بود، اولین ستاره نوترونی کشف شد. مسئله قبول حد چانداراشکر آنچنان بغرنج شده بود که استاد وی از قبول نظریه او خودداری کرد. این مسئله بیشتر به دلیل آن بود که ادینگتون، که استاد مسلم نظریه نسبیت عام بود، واهمه عجیبی داشت که مبادا پذیرفتن نظریه چانداراشکر اصول نظریه نسبیت عام را در هم بریزد. به خصوص، در زمانی که چانداراشکر و لاندائو نظریه خود را اعلان کردند، اینشتن و ادینگتون، دو نفر از مشهورترین دانشمندان جهان، در قید حیات بودند. و مهمتر از همه، هیچ یک از این دو نفر عقیده نداشتند که ممکن است ستاره ای آنقدر به درون خود سقوط کند که به نقطه ای با جرم مخصوص بی نهایت تبدیل گردد. گرچه چانداراشکر چنین مطلبی را اظهار نکرده بود، اما سکوت او در مورد ستارگان خاموشی که سنگین تر از 2 برابر خورشید هستند، به طور غیر مستقیم، گویای این بود که این ستارگان تحت نیروی جاذبه خود تا بی نهایت در درون خود سقوط خواهند کرد. چانداراشکر در مقابل مخالفت سرسخت دو نفر از مشهورترین دانشمندان روز قرار گرفت، در نتیجه نظریه او در مجامع علمی مورد قبول واقع نشد و حتی او برای گرفتن درجه دکترای خود مجبور شد در رشته دیگری از اختر فیزیک به تحقیق ادامه دهد. اما در سال 1983 میلادی چانداراشکر به خاطر تحقیق خود در مورد ستارگان خاموش و پیش بینی کوتوله های سفید که حالا وجود آنها کاملاً ثابت شده بود، موفق به دریافت جایزه نوبل در فیزیک گردید.
یکی از دانشمندان آمریکایی به نام اوپنهایمر برای اولین بار، در سال 1939 میلادی نظریه ای در مورد سرنوشت ستارگان سردی که جرم آنها از حد چانداراشکر بیشتر بود ارائه داد. خلاصه نظریه او به این شرح است که این ستارگان اثری از خود باقی نمی گذارند به گونه ای که ما بتوانیم با وسائل موجود امروزی به وجود آنها پی ببریم. به دلیل پیش آمدن جنگ جهانی دوم و معطوف شدن نظر دانشمندان به دانش اتمی، مسئله سرنوشت ستارگان سرد و خاموش برای مدتی طولانی کنار گذاشته شد.در دهه 1960 میلادی، با پیدایش دستگاههای مدرن نجومی، تعداد زیادی از دانشمندان علم نجوم دوباره به تحقیق درباره نظریه اوپنهایمر و چانداراشکر پرداختند. در این دوره نظریه اوپنهایمر به صورت زیر تعمیم داده شد:
ستارگانی که سوخت آنها رو به اتمام است بر اثر ازدیاد نیروی جاذبه مسیر نور را تغییر می دهند. مخروط نور که نمایشگر نوری است که از راس آن گسیل می گردد به سمت داخل کشیده می شود و به سطح ستاره نزدیک می گردد ( این پدیده در زمان خسوف کامل در مورد نور ستارگان بسیار دور دیده شده است). در حالی که ستاره متراکم تر می شود، نیروی جاذبه در سطح ستاره بیشتر می شود و در نتیجه مخروط نور گسیل شده از ستاره بیشتر به درون و به سمت سطح ستاره جذب می شود تا آنجا که دیگر نور نمی تواند از سطح ستاره جدا گردد. یعنی نور گسیل شده از ستاره قبل از این که بتواند از سطح افق ستاره خارج گردد دوباره جذب خود ستاره می شود. محبوس شدن نور در سطح ستاره به دلیل جاذبه بیش از حد ستاره می شود. تراکم ستاره، فرو ریختن، و تجمع ماده در مرکز ستاره، نیروی جاذبه ستاره را تا آنجا زیاد می کند که سرعت بسیار زیاد نور هم کافی نیست تا نور را از سطح ستاره جدا کند. از طرف دیگر، چون هیچ چیز سریع تر از نور حرکت نمی کند، نتیجه می شود که هیچ علامتی که حاکی از وجود این گونه ستاره ها باشد از سطح ستاره خارج نخواهد شد. وجود این نوع ستارگان خاموش را فقط از طریق غیر مستقیم می توان ثابت کرد. این حد بی نهایت سرنوشت یک ستاره خاموش است که ما آن را نقطه "مرگ ستاره" می نامیم. در این مرحله جرم ستاره که موجودیت آن را در بر دارد از بین نرفته است، بلکه آثار موجودیت آن را در بر دارد از بین نرفته است، بلکه آثار موجودیت ستاره به شکلی که برای ما قابل مشاهده باشد از میان رفته است. ما می گوییم زمان برای این گونه ستارگان از دید یک مشاهده کننده خارجی، به پایان می رسد. این گونه ستارگان خاموش را سیاهچاله می نامیم. همان طور که می دانیم بر اساس نظریه نسبیت عام زمان مطلق و مکان مطلق وجود ندارد. زمان برای مشاهده کننده ای که در فضای بسیار دور از یک ستاره خاموش است با زمان برای مشاهده کننده ای که در سطح ستاره خاموش است متفاوت است. مثال زیر به روشن شدن این مطلب کمک می کند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

فرض کنید، یک سفینه فضایی برای مشاهده یک ستاره بسیار سنگین، که در حال خاموش شدن است، به آن ستاره فرستاده شده است. وقتی سفینه به نزدیکی آن ستاره می رسد، یک نفر را، برای مشاهده از نزدیک، به سطح ستاره می فرستیم و سفینه از را دور با این شخص با امواج رادیویی، در تماس است. همچنین، فرض کنید، شرایط خاموش شدن ستاره آن چنان است که درست در ساعت 12 ( بر اساس ساعتی که به دست ستاره شناسی است که روی ستاره ای که در حال خاموش شدن است قرار دارد) نیروی جاذبه این ستاره به جایی می رسد که دیگر هیچ گونه موجی نمی تواند از میدان جاذبه این ستاره بیرون برود. از طرف دیگر، فرض کنید، قرار است شخصی که روی سطح ستاره است، در راس هر یک ثانیه یک علامت رادیویی به اشخاصی که در سفینه فضایی هستند بفرستد. آنهایی که در سفینه فضایی هستند متوجه می شوند علائمی که از همکارشان فرستاده می شود رو به کندی می رود. مثلاً علامتی که ساعت 11 و 49 دقیقه 59 ثانیه دریافت کرده اند فاصله اش تا علامت بعدی به جای یک ثانیه مثلاً یک ثانیه و یک دهم ثانیه است. پس علامت بعدی را در ساعت 11 و 50 دقیقه و یکدهم ثانیه دریافت می کنند. به همین ترتیب ، علامت بعدی کمی کندتر از علامت قبلی به سفینه می رسد. فرض کنید، آخرین علامت را افراد سفینه فضایی در ساعت 11 و 59 دقیقه و 59 ثانیه دریافت کنند. آنها دیگر علامتی از دوست خود دریافت نخواهند کرد حتی اگر میلیونها سال معطل بمانند. علت تاخیرهای اولیه در رسیدن امواج رادیویی به سفینه، ازدیاد نیروی جاذبه ستاره است. زمان رسیدن امواج رادیویی هر لحظه کندتر می شود، امواج رادیویی به فاصله یک ثانیه از هم فرستاده می شوند. اما، در سفینه فضایی فاصله بین دریافت امواج رادیویی یکی پس از دیگری زیادتر می شود تا آنجا که موجی درست در ساعت 12 از روی ستاره خاموش فرستاده می شود هرگز به سفینه فضایی نمی رسد. پس دیده می شود که از نظر آنهایی که در سفینه فضایی هستند زمان برای دوستشان که روی ستاره در حال خاموش شدن ایستاده، متوقف شده است. زیرا اگر زمان متوقف نشده بود، او باید ساعت 12 و یک ثانیه علامت بعدی را می فرستاد و به همین ترتیب فرستادن علائم را ادامه می داد. پس معلوم می شود که زمان بعد از ساعت 12 روی این ستاره ایستاده است. اما، از طرف دیگر، اگر شخصی که در سطح ستاره خاموش است بدنش و ساعت دستش در مقابل نیروی جاذبه ستاره خاموش مقاومت داشته باد، اصلاً متوجه ایستادن زمان نخواهد شد و درست در راس هر یک ثانیه علامت رادیویی خود را به سفینه می فرستد. توجه داشته باشید که این مثال، کاملاً تخیلی است. در حقیقت، میزان جاذبه در ستارگان خاموش آنقدر زیاد است که اگر در عالم تصور فکر کنیم که انسانی روی چنین ستاره ای ایستاده است، اختلاف فشار بین کف پای او و سرش آنقدر زیاد است که این انسان باریکتر از نخ می شود.
وضعیت نهایی ستارگان خاموش
در سال 1967 میلادی انقلابی در مورد ستارگان خاموش به وجود آمد و سر دسته این انقلاب شخصی به نام اسرائیل بود. اسرائیل در برلین به دنیا آمده بود، در آفریقای جنوبی بزرگ شد، و دکترای خود را در ایرلند گرفت و بعد تابعیت کانادا را پذیرفت. و در مطالعات خود نشان داد که ستارگانی که دوران نمی کنند، پس از خاموش شدن، شکل کاملاً کروی خواهند داشت و حجم آنها به جرم آنها بستگی خواهد داشت. توجه داشته باشید که نظریه اسرائیل تنها وضع ستارگان خاموشی را معین می کند که قبل از خاموش شدن دارای حرکت دورانی نبوده اند، ولی در مورد ستارگان خاموشی که قبل از خاموش شدن دارای حرکت دورانی بوده اند چیزی نمی گوید. نظریه اسرائیل با مخالفت های فراوان روبرو شد. حتی، خود اسرائیل هم اطمینان زیادی به نظریه اش نداشت تا این که راجر پنروز و دیگر دانشمندان، نظریه او را با محاسبات ریاضی که متکی بر نظریه نسبیت عام بود تایید کردند.
شخص دیگری به نام کر، از اهالی نیوزلند، معادله های نسبیت عام را برای ستارگان چرخان حل کرد و نتیجه محاسبه های او این بود که ستارگان چرخان زمانی که به ستاره ای خاموش تبدیل می شوند باز هم به گردش خود ادامه می دهند و شکل نهایی آنها تابعی از سرعت گردش و جرم آنها است بعداً نظریه کر در مورد ستارگان بدون دوران نیز تعمیم داده شد و این تعمیم را چندین نفر از جمله هاوکینگ و کارتر از استادان دانشگاه کمبریج لندن، و رابینسون، از دانشگاه لندن، انجام دادند. امروزه اکثر دانشمندان معتقد هستند که وضعیت نهایی ستارگان خاموش تنها تابع دوران و جرم آنها است و ربطی به این که ستاره از چه موادی تشکیل شده ندارد.
قبل از آن که کسی به دلایل فیزیکی و آزمایشگاهی وجود ستارگان خاموش را ثابت کرده باشد، قسمت اعظم نظریه های مربوط به آنها بر اساس محاسبات ریاضی بود. در سال 1963 میلادی یک ستاره شناس به نام اشمیت تغییر نور ستاره ای را که در حال چشمک زدن بود ( یعنی داشت نورش به آخر می رسید ) اندازه گرفت. او متوجه شد که این انتقال به سرخ نور، شبیه آنچه بر اثر نیروی جاذبه خورشید انجام می شود نیست. برای انتقال به سرخ نور، با شدتی که اشمیت مشاهده کرده بود، جاذبه ای بیش از یکصد برابر جاذبه منظومه شمسی لازم بود. نتیجه ای که اشمیت از آزمایش خود گرفت این بود که منبع نور بایستی از زمین بسیار دور باشد و در مسیر آن نه تنها یک ستاره خاموش بلکه دسته ای از ستارگان خاموش که در هم ادغام شده اند وجود داشته باشد. چشمه این نور و نورهای دیگری که بعداً کشف شدند آن قدر از ما دور بودند که با لوازم آن روز قابل مطالعه نبودند. بالاخره، در سال 1967 میلادی اولین ستاره خاموش از نوع ستارگان خاموش نوترونی کشف شد. این کشف به وسیله امواج رادیویی صورت گرفت که هنوز معلوم نیست به چه دلیل از افق جاذبه این ستاره فرار کرده و به ما رسیده بودند. یاد آور می شویم که حتی با وسایل امروزی هم تنها از راه غیر مستقیم می توان به وجود ستارگان خاموش پی برد.
یکی از روشهای غیر مستقیم برای اثبات وجود ستارگان خاموش بررسی و مقایسه جرم موجود در یک فضای محدود برای تایید دوران یک یا چند ستاره در مدارهای معین با جرم لازم برای دوران این ستارگان با توجه به معادله های ریاضی است. از آنجا که می دانیم صحت معادله های ریاضی قبلاً ثابت شده است بایستی یکی از دو حالت زیر وجود داشته باشد. حالت اول این است که یک یا چند ستاره دیگر در فضای محدود مورد نظر وجود دارد که به علت کمی نور قابل روئت نیستند و جرم این ستارگان کم نور کمبود جرمی را که معادلات ریاضی تعیین کرده اند نسبت به جرم لازم برای تعادل تامین می کند. حالت دوم این است که فرض کنیم تعدادی از ستارگان خاموش از نوع کوتوله های سفید یا نوترونی در این فضای محدود وجود دارد که کمبود جرمی را که برای تعادل لازم است تامین می کنند.
اخیراً ستاره ای از ستارگان خاموش از نوع سیاهچاله ها کشف شده است که مقدار زیادی پرتو ایکس از آن گسیل می شود. این ستاره خاموش و ستارگان روشن اطراف آن را با نام دستگاه پرتو 1-x می خوانند. دانشمندان بر این باورند که پرتوهای ایکس موجود از اجسامی که با سرعت بسیار زیاد به سمت سیاهچاله سقوط می کنند گسیل می گردد. این اجسام از سطح ستارگان غیر خاموش این دستگاه جدا می شوند و با سرعتی بسیار زیاد به طرف ستاره خاموش این دستگاه جذب می شوند و حرکتی حلزونی ایجاد می کنند. شدت حرکت و میزان دمای این اجسام آنقدر زیاد می شود که از خود پرتو ایکس گسیل می کنند. دانشمندان با مشاهده مسیر ستارگان قابل رؤیت دستگاه 1-x و محاسبه های لازم به این نتیجه رسیده اند که ستاره خاموش این سیستم باید جرمی لااقل 6 برابر جرم خورشید داشته باشد. چون این مقدار خیلی بیشتر از آن است که این ستاره خاموش از نوع کوتوله های سفید و یا ستارگان نوترونی باشد، نتیجه می گیرند که این ستاره باید یک ستاره خاموش از نوع سیاهچاله باشد. فرض اینکه این ستاره از نوع ستارگان کم نور است با محاسبات ناسازگار است. زیرا فرض کنیم که این ستاره یک ستاره کم نور است حجم آن باید آنقدر زیاد باشد که مدار ستارگان قابل رؤیت دستگاه 1-x را در بر گیرد. علاوه بر دستگاه 1-x تاکنون دستگاه های دیگری از این نوع، هم در کهکشان سحابی و هم کهکشان های دیگر کشف شده اند. وقتی به تاریخ طولانی عالم نگاه کنیم لاجرم به این نتیجه می رسیم که تعداد ستارگان خاموش از هر نوعی که باشند بسیار فراوان است. بعضی عقیده دارند که تعداد ستارگان خاموش و غیر قابل رؤیت باید به مراتب از تعداد ستارگان قابل رؤیت هستند بیشتر باشد. تعداد ستارگان قابل رؤیت راغ در کهکشان سحابی به یک صد بیلیون تخمین می زنند. گردش کهکشان سحابی با این عظمت را تنها می توان با وجود جاذبه ستارگان خاموش در فضای ماوراء کهکشان سحابی توضیح داد. در غیر این صورت، چه نیرویی می تواند این جثه عظیم را به حرکت در آورد!؟ باید توجه داشت، مجموع جرم ستارگان قابل رؤیت در خارج کهکشان سحابی کافی نیست که کهکشان سحابی را به گردش در آورد.
دانشمندان با نصب دستگاه های گیرنده فروسرخ و امواج رادیویی در نقاط مختلف زمین و مشاهده امواجی که به این دستگاه ها می رسند، به این نتیجه رسیده اند که باید در مرکز کهکشان سحابی، ستاره ای خاموش یا دسته ای از ستارگان خاموش که به هم آمیخته شده اند وجود داشته که دارای جرمی معادل یک صد هزار برابر جرم خورشید، باشد. ستارگانی که در مسیر حرکت خود مجبور می شوند از نزدیکی این ستاره خاموش بگذرند، بر اثر اختلاف نیروی جاذبه ای که بین این ستاره خاموش و ستاره رهگذر وجود دارد، منفجر شده و قسمت اعظم مواد و گازهای حاصل از انفجار آنها در مسیری حلزونی به سمت ستاره خاموش نزول می کند. بر اثر سرعت این سقوط و گرمایی که تولید می شود امواج فروسرخ و امواج رادیویی تولید می شوند، که همان امواجی هستند که دستگاه های گیرنده در نقاط مختلف زمین ، با یک شدت و به یک شکل ضبط کرده اند.
آخرین سؤالی که مطرح می شود این است که سرنوشت ستارگان خاموشی که از خورشید بسیار سبک تر هستند چه می شود؟ این ستارگان جرم کافی برای این که تمامی مواد خود را به درون خود جذب کنند و به یک ستاره خاموش از نوع کوتوله های سفید، یا ستاره های نوترونی و یا سیاهچاله درآیند، ندارند. در حال حاضر، عقیده ای که از عقاید دیگر معتبرتر است این است که وقتی این ستارگان خاموش می شوند بههمان شکل باقی می مانند و حرکت آنها نیز تغییر نمی کند. مگر این که بر اثر بر خورد با ستاره ای بسیار سنگین تر از خودشان ( میلیون ها برابر سنگین تر ) آن چنان در خود فرو ریزند که در ردیف ستارگان خاموش از نوع سبک درآیند، و یا در فضا متلاشی گردند و به صورت غباری در فضا پخش شوند، و یا جذب ستارگان خاموشی گردند که به آنها نزدیک می شوند. اگر فرضیه ستارگان خاموش بسیار سبک، که می توان آنها را از نوع چهارم ستارگان خاموش نام نهاد، درست باشد، این ستارگان مربوط به دوران اولیه جهان هستند که بر اثر حرارت زیاد و فشار گازها به وجود آمده اند.
در این مطلب به کرات از فروریختن ستارگان به درون خود و چگالی های چند صد تن تا میلیون ها تن صحبت کردیم. قبل از پایان این مطلب لازم است نشان دهیم چگونه می توان جسمی را تصور کرد که چگالی آن یک صد میلیون تن باشد. همان طور که می دانید، چگالی یک جسم عبارت است از جرم یک سانتیمتر مکعب از آن جسم . وقتی می گوییم چگالی ستارگان خاموش از نوع سیاهچاله در حدود یک صد میلیون تن است، به این معنا است که یک سانتیمتر مکعب از این ستارگان جرمی معادل یک صد میلیون تن دارد. در اینجا می خواهیم شما نشان دهیم که چگونه ایجاد چنین جسمی ممکن است. همان طور که می دانیم جرم یک اتم در هسته آن اتم متمرکز است و مابقی حجم یک اتم فضای خالی است ( به استثنای یک تا چند الکترون که در مدارهای دایره شکل به دور هسته اتم می گردند. لیکن، این الکترون ها جرم چندانی ندارند). ساده ترین ساختار اتمی، ساختار اتم هیدروژن است که دارای یک الکترون است و تصادفاً هیدروژن یکی از گازهایی است که به مقدار فراوان در تمام ستارگان روشن وجود دارد. فرض کنید، یک اتم هیدروژن در کره ای به حجم یک واحد ( مهم نیست که این واحد چه اندازه ای نسبت به مقدار اندازه گیری متریک ما داشته باشد ) جا گرفته است در این کره یک هسته اتم هیدروژن و یک الکترون وجود دارد که مدار گردش الکترون درست بر سطح داخلی این کره چسبیده است ( دقت کنید می خواهیم فضایی بیشتر از آنچه که لازم است در نظر نگرفته باشیم ). نسبت حجم خالی فضای کره ای که اتم هیدروژن را در بر دارد به نسبت حجمی که هسته اتم هیدروژن در این کره اشغال کرده است برابر است با یک تریلیون ( یعنی رقم یک با 12 صفر در جلوی آن ) است. این بدان معناست که این امکان وجود دارد که یک اتم هیدروژن را که از سبک ترین اتم های موجود است به اندازه یک تریلیون برابر فشرده تر کرد. در صورتی که تعداد الکترون های یک اتم بیشتر باشد نسبت حجمی که هسته اتم گرفته است، به مراتب از یک تریلیون بیشتر خواهد شد. بنابراین، وقتی می گوییم ستاره ای شروع به فرو ریختن می کند ، به این معناست که فضای خالی بین اتم های اجسامی که ستاره را تشکیل می دهند کاهش می یابد. هر چه نیروی جاذبه بیشتر شود این انقباض بیشتر خواهد شد و هر چه انقباض بیشتر گردد نیروی جاذبه بیشتر خواهد شد. حال، فرض کنید، تراکم به جایی برسد که ما نصف فضای خالی بین اتم ها را با اتم های دیگر پر کنیم، یعنی، اتم ها را در هم بفشاریم. در این صورت چگالی جسم را می توان به اندازه 500 بیلیون برابر افزایش داد. به این ترتیب، جسمی که چگالی آن یک گرم است، با پر کردن نیمی از فضای خالی بین اتم های یک جسم، می توان چگالی آن را به پانصد هزار تن رسانید. پس وجود چگالی های زیاد نه تنها غیر ممکن نیست بلکه کاملاً امکان پذیر و عملی است.


منبع : سیری کوتاه در سر گذشت عالم / فصل پنجم / ستارگان خاموش / نوشته دکتر علی بهفروز

مشاهدات اخترشناسانی که در حال مطالعه روی سیاه چاله ها هستند نشان میدهد گاز هایی که در حال مکیده شدن توسط این سیاه چاله ها هستند به شدت داغ شده و پرتو های ایکس از خود ساتع می کنند .این تپش پرتو های ايكس که به طور معمول در سیاه چاله های کوچکتر دیده می شود، تا به حال در سیاه چاله های چنین پرجرمی مشاهده نشده بود .
اما اختر شناسان به تازگی با استفاده از ماهواره پرتوايكس" XMM Newton" سیاهچاله غول پیکری را کشف کرده اند که در حال ساتع کردن یک پالس قوی پرتو ايكس است . گازهای سازنده این کهکشان که در فاصله 500 سال نوری از ما قرار دارد در حال مکیده شدن به وسیله گرانش عظیم این سیاهچاله هستند . دکتر Gierlinski Marek از دانشگاه دورهام می گوید " :دانشمندان در 20 سال گذشته در جستجوی چنین چیزی بوده اند و این کشف کمک بسیاری به ما می کند تا دانسته های خود را در مورد آنچه که در اطراف چنین سیاهچاله های پر جرم در حال رشدی می افتد افزایش دهیم ." دکتر Gierlinski و همکارانش می گویند این یافته جدید در واقع حلقه گمشده بین سیاه چاله های کوچک و سیاه چاله های بسیار پر جرم است.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

دانشمندان درحال بررسي براي يافتن مركزكهكشانREJ1034+396 بودند که متوجه ساتع شدن پرتوهای ايكس از این سیا هچاله بسیار پر جرم شدند .آنهامی گویند بسامد این پالس هابه به اندازه سیاه چاله بستگی دارد .دکتر Gierlinski می افزاید : "چنین سیگنالهایی برای سیاه چاله های کوچک کهکشان ما که در حال بلعیدن گاز های یک ستاره همدم هستند خصوصیتی شناخته شده و بارز است اما نکته جالب توجه تر اینجاست که ما موفق شده ایم حلقه گم شده بین این سیاه چاله های سبک وزن و سیاه چاله هایی که میلیونها بار سنگین تر از خورشید ما هستند را بیابیم "

دانشمندان امیدوارند تحقیقات بعدی آنها مشخص کند که چرا بعضی از سیاهچاله ها ی بسیار پر جرم این چنینی ،این رفتار را از خود نشان میدهند در حالی که بقیه این طور نیستند .

گمان می رود بیشتر کهکشان ها از جمله راه شیری دارای یک سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز خود باشند . این دانشمندان که یافته های آنها در مجله Nature به چاپ خواهد رسید می گویند این کشف می تواند دانسته های ما را در مورد چگونگی رفتار گاز ها قبل از کشیده شدن آنها درون یک سیا هچاله افزایش دهد، سیاهچا له هایی که در حال بلعیدن گاز وبزرگ شدن هستند .
منبع : www.arakastronomy.ir

دانشمندان دانشگاه «دورهام» موفق به كشف «ارتباط گمشده» سياه چاله‌ها در كهكشان شدند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
به گزارش ايسنا، اين دانشمندان «ارتباط گمشده» بين سياه چاله‌هاي كوچك و سياه چاله‌هاي غول پيكر را در كهكشان پيدا كردند. اين پژوهشگران براي اولين بار كشف كرده‌اند يك پالس قوي اشعه ايكس از يك سياه چاله عظيم الجثه در يك كهكشان كه 500 ميليون سال نوري از زمين فاصله دارد، متصاعد مي‌شود.

گزارش اين كشف در مجله علمي نيچر به چاپ رسيده است.
براساس اين گزارش، پالس قوي به وسيله مكش گازها توسط نيروي گرانش سياه چاله در كهكشاني موسوم به REJ1034+396 توليد مي‌شود.
به گفته اخترشناسان، اين پديده معمولا به سياه چاله‌هاي كوچك اختصاص دارد و مشاهده آن در سياه چاله‌هاي بزرگ عجيب به نظر مي‌رسد.
به گزارش تكنولوژي ريويو، يك تصوير تركيبي نشان مي‌دهد كه نيروي جتي از داخل يك سياه چاله در مركز كهكشان به لبه كهكشان ديگر برخورد مي‌كند. اين اولين بار است كه دانشمندان چنين برخوردي را شناسايي كرده‌اند.
اخترشناسان با مشاهده اين اتفاقات و پديده‌ها موفق به كشف ارتباط ميان سياه چاله‌هاي سبك و سنگين شدند كه ميليون‌ها بار سنگين‌تر از خورشيد هستند.
_________________
منبع : باشگاه مهندسان ایران

روشي نوين براي اندازه گيري جرم سياه چاله ها

مترجم :‌اسماعيل مروجي

نيكولاي شاپوشنيكو و لو تيتار چوك،دو اختر فيزيك دان مركز پرواز هاي فضايي گدارد ناسا به ابتكاري نوين در زمينه اندازه گيري جرم سيه چاله ها نائل آمدند.


شايد در ابتدا عجيب به نظر آيد، اما يكي از مهم ترين و مشكل ترين مسائلي كه دانشمندان همواره با آن روبرو هستند تعيين جرم اجرام آسماني است.نمونه هاي فراواني از سيستم هايي دوتايي كه در آن دو ستاره به دور يكديگر در گردشند مورد بررسي قرار گرفته و جرم دقيق آنها محاسبه مي گردد.در اين بين تعيين جرم سياه چاله ها فرايندي بسيار پيچيده است زيرا اين اجرام غير قابل مشاهده هستند.

اما اختر فيزيكدانان كار آزموده در ابتكاري بي سابقه، روش نويني براي حل اين مسئله ابداع نمودند. در اين روش با سنجش ميزان وسعت قرص بر افزايشي در سياه چاله جرم دقيق آن تعيين مي گردد. (قرص بر افزايشي يك صفحه دايره اي گردان است كه از مواد به دور سياه چاله تشكيل مي شود. اين مواد كه در اطراف سياه چاله قرار دارند به مرور وارد آن شده و به عبارت ديگر بلعيده مي شوند.)

از آنجا كه اين مواد مي توانند بسيار سريعتر از بلعيده شدن توسط سياه چاله متراكم گردند ،به هم فشرده شده و فوق العاده گرم مي شوند.علاوه بر اين، در طي فرايند گرم شدن امواجي را در طيف اشعه ايكش گسيل مي كنند كه توسط اخترشناسان در زمين دريافت مي شود.
دانشمندان به اين نكته پي برده اند كه رابطه مستقيمي بين سياه چاله و اندازه قرص بر افزايشي اطراف آن وجود دارد.به عقيده اخترشناسان، متراكم شدن گاز هاي داغ قرص بر افزايشي با افزايش جرم سياه چاله همراه خواهد بود. .بدين ترتيب هرچه قدر كه سياه چاله پرجرم تر باشد، ميزان تراكم مواد اطراف آن و در نتيجه اندازه قرص برافزايشي وسيع تر خواهد بود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نمايي خيالي از يك سياه چاله در حال بلعيدن همدم ستاره اي خود

اين ايده كه براي نخستين بار توسط تيتار چوك در سال 1998 ميلادي مطرح گرديد، نشان داد سياه چاله موجود در سيستم دوتايي كيگنس ايكس – 1 (Cygnus X-1) بيش از 8.7 برابر خورشيد جرم دارد.شايان ذكر است كه ميزان خطاي احتمالي در اين محاسبه فقط 0.8 جرم خورشيد بود.

سيستم دوتايي كيگنس ايكس – 1 (Cygnus X-1) نخستين كانديد وجود سياه چاله در دهه 1970 ميلادي بود. اين سيستم دوتايي از يك ستاره ابر پرجرم آبي و همدمي نامرئي تشكيل شده بود.مشاهداتي كه در طيف مرئي به عمل آمد نوعي آشفتگي را در حركت ستاره نمايان ساخت و سرانجام اخترشناسان به اين نتيجه رسيدند كه اين آشفتگي به خاطر وجود سياه چاله اي به جرم 10 برابر خورشيد در اطراف ستاره ابر پرجرم است.

تاد استروماير و ريچارد مشوتسكي با همراهي چهار تن ديگر از مركز پرواز هاي فضايي گدارد به طور مستقل با استفاده از همين شيوه به بررسي فرا تابش اشعه ايكس كه از سياه چاله اي واقع در يك كهكشان كوچك همسايه به نام ان جي سي 5408 (NGC 5408) گسيل مي شد، پرداختند. آنها جرم اين سياه چاله را 2000 برابر جرم خورشيد تخمين زدند.

دانشمندان با بهره گيري از اين روش به شناسايي سياه چاله هاي متوسطي كه بيش از هزاران برابر خورشيد جرم دارند، مي پردازند.اين دست از سياه چاله ها اگرچه در مقايسه با سياه چاله هايي كه چندين برابر ستارگان جرم دارند، بسيار شگرف جلوه مي كنند، اما در برابر سياه چاله هاي ابر پرجرمي كه صدها ميليون ها بار از تنها ستاره منظومه شمسي مان پرجرم ترند، بسيار ناچيز اند.


منبعESA News Release / NASA-GODDARD NEWS RELEASE :

بر پايه تازه‌ترين تحقيقات، حفره‌هاي سياه يا سياهچاله‌هاي کيهاني دوازده ميليارد سال پيش پيدا شده‌اند.

تصاوير تازه يک تلسکوپ در ‌هاوايي را نشان مي‌دهند که اين سياهچاله‌ها، دوازده ميليارد سال پيش و در پيدايش نخستين کهکشان‌ها پديد آمده‌اند.
بدين ترتيب، سياهچاله‌هاي کيهاني به مراتب زودتر از زماني پيدا شده‌اند که تاکنون پژوهشگران فرض کرده بودند.

بر پايه فرضيه‌اي که ستاره‌شناسان تاکنون داشتند، سياهچاله‌هاي کيهاني، نخست پس از شکل‌گيري سيستم ستاره‌ها پيدا شده‌اند.

«روب ايويزون»، مدير پژوهشي مرکز فناوري فضانوردي در ادينبورگ اسکاتلند مي‌گويد: احتمالا سياهچاله‌هاي بيشتري از آنچه تاکنون پنداشته مي‌شد، در کيهان و فضا وجود دارد.
ستاره‌شناسان اسکاتلندي نيز تصادم و برخورد دو کهکشان را کشف کردند که هر يک از آنها يک حفره و سياهچاله سياه در وسط خود داشتند.

سياهچاله‌ها تقريبا در تمام نقاط گيتي و کيهان وجود دارند و ستاره‌شناسان در اين ميان حدس مي‌زنند که تقريبا در مرکز هر کهکشاني يک سياهچاله ابرجرم نهفته است.
براي نمونه در کهکشان عظيم «اي.اس.او. 325- جي 004» نيز يک سياهچاله عظيم پنهان و نهفته است که چندين ميليارد برابر جرم خورشيد است.

ستاره‌شناسان آمريکايي نيز به تازگي مدعي شدند که بالاترين حد و مرز جرم سياهچاله‌هاي عظيم را کشف کرده‌اند.
بر پايه مطالعات جديد، اين سياهچاله‌ها که تقريبا در مراکز همه کهکشان‌ها پنهان هستند، حدود ده ميليارد برابر خورشيد، جرم دارند. اين جرم، حدود يک درصد جرم کهکشاني است که در آن قرار دارند.
راه شيري نيز چنين سياهچاله بزرگي در مرکز خود دارد که جرم آن سه تا چهار ميليون برابر جرم خورشيد است.

از سوي ديگر، تحقيقات «اي. ترايستر» از دانشگاه ‌هاوايي و «پ. ناتاراريان» از دانشگاه ياله نشان مي‌دهد که سياهچاله‌هاي هيولا و بزرگ، ظاهرا نمي‌توانند جرم بيشتري به خود بگيرند و از يک جرم مشخص که ده ميليارد برابر جرم خورشيد است، جذب و کشش مواد به خود را متوقف کرده و بيش از اين مقدار رشد نمي‌کنند.

بر پايه اين مطالعات، اين امر همگاني است و مستقل از زمان و مکان در گيتي و کيهان، مشمول همه سياهچاله‌ها مي‌شود.
ناتارايان مي‌گويد: اين رخدادها صرفا مربوط به امروز نيست و رشد سياهچاله‌ها در هر دوره اي از گيتي و کيهان، متوقف شده است. فيزيکدانان نجومي اين نتايج را از راه ارزيابي داده‌ها از مشاهدات سياهچاله‌هاي ابرجرم به دست آوردند.

«ترايستر» و «ناتارايان» توانستند، نشان دهند که داده‌هاي ارزيابي شده تک تک سياهچاله‌ها صرفا در يک زمان مشخص با يکديگر تطبيق دارد که رشد سياهچاله‌ها متوقف شوند.

ترايستر مي‌گويد: ارزيايي اصولي مشاهدات سياهچاله‌هاي کيهاني با کمک اشعه ايکس و همچنين عميق‌ترين مشاهداتي که «چاندرا» تلسکوپ فضايي اشعه ايکس داشته است، يک قطعه مهم و تعيين کننده پازل را ارايه مي‌کند.

براي نمونه، ستاره‌شناسان توانسته‌اند با کمک پرتو ايکس و تلسکوپ‌ها، سياهچاله قديمي را پيرامون کهکشان راه شيري شناسايي کنند.

اين تئوري که سياهچاله‌هاي کيهاني مي‌تواند رشد خود را محدود کنند، تازه نيست و پژوهشگران مختلفي اين تئوري را طرح کرده‌اند.
بنا بر فرضيه پژوهشگران، رشد و توسعه کهکشان‌ها و سياهچاله‌ها در مرکز آنها، يک ارتباط تنگاتنگ با يکديگر دارد.

ناتارايان حتي اين تئوري را طرح کرده است که يک سياهچاله از يک جرم مشخص، به‌ اندازه اي زياد انرژي منتشر مي‌کند که در نهايت تأمين گاز خود از اطراف را قطع مي‌کند.
اين انرژي در نزديکي سياهچاله رها و آزاد مي‌شود، پيش از اين‌که ماده براي هميشه در سياهچاله نابود شود.

مرتضي جواديان
منابع: روزنامه آلماني برلينرسايتونگ، هفدهم اکتبر

به طور مختصر، سیاه چاله قسمتی از فضاست که جرم بسیار زیادی در آن متمرکز شده است و هیچ جرمی در مجاورت آن نمی تواند از گرانش آن بگریزد. در حال حاضر بهترین نظریه در مورد گرانش، نظریه ی نسبیت عام اینشتین است. ما نیز برای درک بهتر جزئیات سیاه چاله ها باید به برخی نتایج نسبیت عام رجوع کنیم. اما بیایید با تفکر در مورد گرانش در محیط های عادی و در سطوح ساده شروع کنیم.

فرض کنید که بر روی سطح یک سیاره ایستاده اید و یک سنگی را به بالا پرتاب می کنید. فرض کنید که آن را زیاد پر قدرت پرتاب نکرده اید. سنگ برای مدت کوتاهی به بالا حرکت می کند، اما پس از مدتی شتاب گرانش سیاره آن را مجبور به سقوط می کند. اگر شما سنگ را آنچنان پر قدرت پرتاب کنید که از گرانش سیاره کاملا رها شود، برای همیشه به بالا رفتن خود ادامه می دهد. سرعتی که شما نیاز دارید تا به سنگ بدهید و از گرانش سیاره رهایش کنید سرعت گریز نامیده می شود. همان طور که می دانید سرعت گریز سیاره به جرم آن بستگی دارد. اگر سیاره چگال باشد، گرانش آن بسیار قوی خواهد بود، و سرعت گریز بالا می رود. اما یک سیاره ی سبکتر سرعت گریز کمی خواهد داشت. سرعت گریز همچنین به فاصله از مرکز سیاره نیز بستگی دارد. هر چقدر که به مرکز سیاره نزدیکتر باشید سرعت گریز شما بیشتر خواهد شد. سرعت گریز زمین 11.2 کیلومتر بر ثانیه است. در حالی که سرعت گریز ماه فقط 2.4 کیلومتر بر ثانیه است.

حال قسمتی از فضا را در نظر بگیرید که حاصل تمرکز عظیمی از جرم با شعاع کم است که سرعت گریز آن بالاتر از سرعت نور است. در حالی که هیچ چیز نمی تواند بالاتر از سرعت نور حرکت کند، هیچ چیزی نمی تواند از گرانش آن بگریزد. حتی یک باریکه ی نور نیز نخواهد توانست از گرانش آن بگریزد و به سوی آن برمیگردد.

ایده ی چنین تمرکز جرمی که آنقدر چگال باشد که حتی نور در آن گیر بیفتد مربوط به لاپلاس در قرن 18 می باشد. در حقیقت بلافاصله بعد از اینکه اینشتین نسبیت عام خود را بسط داد کارل شوارتز شیلد راه حلی ریاضی را که مربوط به معادله ی نظریه ای که این جرم را توضیح می داد کشف کرد. کمی بعد تلاش افرادی چون Oppenheimer، Volkoff و Synder در سال 1930 بود که باعث شد مردم جدی تر در مورد امکان وجود چنین جرمی در عالم فکر کنند. این تحقیقات نشان می دهد که موقعی که یک ستاره ی چگال سوخت خود را تمام می کند نمی تواند خود را در مقابل گرانش خود حفظ کرده به یک سیاه چاله تبدیل می شود.

در نسبیت عام، گرانش باعث ایجاد خمیدگی در فضا – زمان می شود. اجرام چگال باعث ایجاد خمیدگی در فضا و زمان می شوند. بنابراین قوانین معمولی هندسه را در این موارد نمیتوان به کار برد. در کنار یک سیاه چاله این خمیدگی فضا به مراتب بیشتر است و همین باعث می شود که سیاه چاله خواص عجیبی داشته باشد. یک سیاه چاله چیزی دارد که به خط افق اتفاق (event horizon) مشهور است. این سطحی کروی شکلی است که مرز سیاه چاله را تعیین می کند. شما می توانید وارد آن شوید اما دیگر نمی توانید برگردید. به محض اینکه وارد افق شوید محکوم به نزدیک شدن به مرکز سیاه چاله بدون هیچ توقفی خواهید بود.

می توان گفت که خط افق جایی است که در آن سرعت گریز برابر سرعت نور است. بیرون از افق سرعت گریز کمتر از سرعت نور خواهد بود. پس اگر شما موشک های خود را به سختی به کار بگیرید می توانید از آن رها شوید. اما اگر داخل افق باشید هر چقدر هم که موشک های شما قوی باشند نمیتوانید از آن بگریزید.

خط افق خواص هندسی عجیبی دارد. برای مشاهده کننده ای که جایی دور از سیاه چاله نشسته، خط افق مانند یک کره ی بسیار زیبا و ساکن و بدون هیچ حرکتی جلوه می کند. اما هنگامی که به آن نزدیکتر می شوید در می یابید که سرعت بسیار زیادی دارد. در حقیقت این افق با سرعتی برابر سرعت نور به بیرون حرکت می کند. این بیان می کند که چرا ورود به افق بسیار آسان است. اما خروج از آن ممکن نیست. در حالی که افق با سرعت نور به خارج حرکت می کند برای خارج شدن از آن باید با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کرد. اما چون نمیتوان بیش از سرعت نور حرکت کرد پس نمیتوان از آن خارج شد.

هنگامی که شما در افق هستید، فضا- زمان آنقدر منحرف می شود تا جایی که مختصاتی که فاصله ی شعاعی شما را نشان می دهد با زمان تغییر وظیفه می دهد. همان r که نشان می دهد چقدر از مرکز فاصله دارید مثل زمان کار خواهد کرد. یک پیامد آن این است که شما نمی توانید از نزدیک شدن به مرکز جلوگیری کنید. همانطور که در دنیای عادی نمی توانید جلوی آمدن آینده ی خود را بگیرید. (با این تفاوت که در سیاه چاله r کمتر می شود یعنی فاصله ی شما از مرکز کمتر می شود و در دنیای عادی t یا زمان زیاد تر می شود.) در حقیقت شما مجبورید که به مرکز یا r = 0 بروید . شاید سعی کنید که با روشن کردن موشک های خود ای کار را انجام بدهید اما این کار نیز بی فایده است: به هر طرف که بدوید نمی توانید از آمدن آینده ی خود جلوگیری کنید. تلاش برای برگشت بعد از وارد شدن به افق مانند تلاش برای جلوگیری از آمدن پنجشنبه ی بعد خواهد بود.

کد:

---

http://www.iranastronomers.org/articles/text/black_holes_text.htm:منبع

---

محاسبه متريك گرانشي سياه چاله ( جرم نوتروني )

نسبيت عام و سياه چاله ها :

يكي از نخستين حل‌هاي معادله ميدان انيشتين را فيزيكدان منجمي به نام كارل شوارتس شيلد به دست آورد . شوارتس شيلد متريك اطراف يك كره ، مثلا اطراف يك ستاره را بدست آورد . اين متريك كه امروزه متريك شوارتس شيلد نام دارد ، خاصيت بسيار عجيبي دارد ، اگر شعاع ستاره از حدي كوچكتر شود ، ديگر حتي نور هم نميتواند از آن بگريزد . در اين حالت ستاره به شيء عجيبي تبديل مي‌شود كه سياه چاله نام دارد . درك فيزيك سياه چاله ها يكي از چالش‌هايي است كه فيزيكدانان بيش از نيم قرن است با آن دست و پنجه نرم مي‌كنند . امروزه تقريبا اكثر فيزيكدانان فعال اعتقاد دارند كه در دنيا ، از جمله در مركز كهكشان راه شيري سياه چاله وجود دارد .

تاريخچه سياه چاله ها :

پس از آنكه مكانيك نيوتني تحت عنوان مكانيك آسماني در شناخت جهان مورد استفاده قرار گرفت ، يكي از موارد مورد توجه سياه چاله ها بود . نخستين بار در سال 1784 جان ميشل طي يك مقاله سرعت فرار را با اطلاعات آن روز محاسبه كرد و اظهار داشت كه اگر گرانش چنان قوي باشد كه سرعت فرار در آنجا بيش از سرعت نور باشد ؛ نور نميتواند از آنجا بگريزد . البته در آن زمان به طور تقريبي سرعت نور را مي‌دانستند ولي حد سرعت ، سرعت نور نبود . زيرا در مكانيك نيوتني سرعت نامتناهي قابل قبول بود . در سال 1796 لاپلاس همان نظريه جان ميشل را دوباره مطرح كرد . در اواخر قرن نوزدهم سرعت نور كاملا معلوم و اندازه گيري شده بود . در سال 1915 انيشتين نظريه نسبيت عام را مطرح كرد و نشان داد كه گرانش روي نور اثر دارد . چند ماه بعد كارل شوارتس شيلد با حل معادله ميدان انيشتين براي يك جرم نقطه‌اي ، اظهار داشت كه از ديدگاه نظري ، سياه چاله ها وجود دارند . شعاعي كه نور نمي‌تواند از آنجا خارج شود به نام شعاع شوارتس شيلد شناخته ميشود . چند ماه بعد از شوارتس شيلد ، يكي از دانشجويان لورنتس به نام ژوهانس دروست ، به همان نتايج شوارتس شيلد رسيد .

در 1920 چاندرازخار كه از شاگردان ادينگتون بود ، نشان داد كه اگر سرعت فرار بخواهد بيش از سرعت نور باشد ، جرم جسم بايد حداقل 1.44 برابر جرم خورشيد باشد . اين عدد امروزه به عنوان حد چاندرازخار شناخته مي‌شود . ادينگتون با دست آورد وي مخالف كرد و آن را نادرست خواند . در 1939 اپنهايمر به اتفاق شاگرد خود اسنايدر پيش بيني كردند كه يك ستاره پر جرم در اثر گرانش فرو مي‌ريزد و به سياه چاله تبديل مي‌شود . هم زمان با آغاز جنگ جهاني دوم ، مسئله سياه چاله ها به فراموشي سپرده شد . در دهه 1960 دوباره نظريه سياه چاله ها و راه حل شوارتس شيلد و فروپاشي گرانشي مورد توجه فيزيكدانان قرار گرفت .

شعاع شوارتس شيلد :

شعاع شوارتس شيلد را ميتوان با استفاده از رابطه سرعت فرار بدست آورد . توضيحات كاملي در مورد سرعت فرار در مبحث نظريه انفجار بزرگ محال است ارايه شده و روابط آن از قرار زير است :

اگر انرژي پتانسيل گرانشي يك دستگاه شامل دو جسم در فاصله بي نهايت را برابر صفر در نظر بگيريم به راحتي مي توان اثبات كرد كه :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

كه در اين رابطه U انرژي پتانسيل ، M جرم زمين ، m جرم گلوله ، G ثابت جهاني گرانش و r فاصله مركز زمين تا مركز گلوله است . با توجه به مطالب گفته شده در بالا مي توان گفت كه :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

K انرژي جنبشي و Vesc سرعت فرار گلوله ميباشد .

براي آنكه نور نتواند از سطح يك جسم بگريزد ، بايد در رابطه فوق سرعت فرار در آنجا برابر سرعت نور شود . چنين جسمي كه مانع فرار نور ميشود ، قابل رويت نيست و آن را سياه چاله مي‌نامند . شوارتس شيلد با استفاده از نسبيت عام ، شعاع يك سياه چاله را محاسبه كرد و به صورت زير ارايه داد :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

كه در آن r شعاع شوارتس شيلد و c سرعت نور ميباشد . سياه چاله ها مثل گرداب عمل مي‌كنند . هر جرم يا انرژي كه به يك سياه چاله نزديك شود ، در داخل فاصله معيني كه افق رويداد آن خوانده مي‌شود ، به طور مقاومت ناپذيري به درون سياه چاله كشيده ميشود . سياه چاله ماده را به سمت خود مي‌كشد و منقبض مي‌كند ، تا آنكه ماده به كلي تجزيه و جز پيكره سياه چاله شود .

نوري كه از اطراف يك سياه چاله عبور مي‌كند ، اگر به افق رويداد نرسد ، روي مسيري منحني شكل از كنار آن مي‌گذرد . اگر به افق رويداد برسد ، در سياه چاله سقوط مي‌كند و سياه چاله را سياه و بنابراين نامريي مي‌كند .

موج يا امواج گرانشي :

گرانش يكي از چهار نيروي اساسي طبيعت فرض ميشود كه ماهيت عمل آن نظير ساير نيروهاست ، با اين تفاوت كه بسيار ضعيف تر از آنهاست . نخستين نيرويي كه به طور جدي مورد توجه قرار گرفت گرانش است . طبق قانون جهاني گرانش كه نيوتن كاشف آن است ، هرگاه دو جسم در فاصله‌اي از يكديگر قرار گيرند ، نيرويي بر هم وارد مي‌كنند كه با حاصل ضرب جرم دو جسم متناسب و با مجذور فاصله نسبت عكس دارد . اين نيرو خاصيت ذاتي ماده است و تجربه نشان داده مستقل از خواص فيزيكي ، شيميايي و محيطي همواره اعمال مي‌گردد . برد اين نيرو بينهايت است . بسياري از فيزيكدانان از جمله فارادي و پلانك اعتقاد داشتند كه نيروهاي گرانشي و الكترومغناطيسي تشابه بسيار زيادي به يكديگر دارند و احتمالاً رابطه مشابهي نظير آنچه كه بين نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي وجود دارد ، بين گرانش و نيروي الكترومغناطيسي نيز وجود دارد . آلبرت انيشتين نيز تلاش بسيار كرد كه اين دو نيرو را در يك نيروي اوليه خلاصه كند ، اما موفق نشد . البته در زمان انيشتين نيروهاي مهم و مطرح همين دو نيروي گرانشي و الكترومغناطيسي بود .

نظريه نسبيت عام كه گرانش را به منزله انحناي فضا - زمان چهار بعدي مطرح مي كند ، انواعي از پديده‌هاي غير عادي را پيش بيني مي كند . بنابر نسبيت عام هر جسمي كه جرم داشته باشد موجب مي‌گردد كه فضاي اطراف آن خميده شود . هر زمان كه اين جسم حركت كند ، اين انحنا با صورت بندي جديد ماده ، متناسب مي گردد . اين تنظيم فضا - زمان با وضعيت متغير مكاني ماده موجب مي شود كه امواج گرانشي با سرعت نور در فضا منتشر شود . در نتيجه هر جسم متحركي از خود تشعشعات گرانشي منتشر مي كند .

امواج گرانشي نسبت به ساير نيروها فوق‌العاده ضعيف است . براي مشاهده ضعيف بودن امواج گرانشي نسبت به امواج الكترومغناطيسي كافيست قانون گرانش و قانون كولن را براي دو الكترون بكار بريد . خواهيد ديد كه امواج الكترومغناطيسي تقريباً ده بتوان چهل مرتبه از امواج گرانشي قوي تر است .

وقتي امواج الكترومغناطيسي به ماده برخورد مي كنند ، فقط ذرات باردار را تكان مي دهند . ولي امواج گرانشي موجب ميشوند كه تمام ذرات ماده تحت تاثير قرار گيرند . همچنين به دليل آنكه امواج الكترومغناطيسي بسيار قوي تر از امواج گرانشي است ( تقريباً ده بتوان چهل بار ) هنگام عبور امواج به همين نسبت نيز ذراتي كه در مسير آنها هستند تحت تاثير قرار مي گيرند .

در دهه 1960 ژوزف وبر از دانشگاه مريلند ترتيبي داد تا امواج گرانشي را آشكار سازد . آنتني كه وبر براي آشكار ساختن امواج گرانشي ساخت استوانه‌اي آلومينيمي بود به قطر 60 سانتيمتر و طول 1.5 متر كه وزن آن بيش از يك تن بود . اين استوانه توسط سيمي كه در وسط آن به دور استوانه پيچيده شده بود در يك محفظه خلا به طور معلق قرار داشت . همچنين اين محفظه به وسيله سيستمي از كمك فنرها از جهان خارج جدا شده بود . وقتي يك موج گرانشي از درون استوانه عبور ميكرد فشارهايي به وجود مي آورد . وبر براي آشكار كردن نوسانات حاصل ، تعدادي كريستال پيزوالكتريك بر روي سطح استوانه نصب كرد . اين كريستالها نوسانات را به جريان‌هاي الكتريكي ضعيفي مبدل مي كنند . سپس اين جريان‌ها تقويت و ثبت مي شوند . يك چنين استوانه آلومينيمي به دليل وجود تاثيرات گرمايي همواره در حال نوسان خواهد بود . براي غلبه بر اين مشكل صافيهايي الكترونيكي در سيستم نصب شده تا تمام نوسانات را به استثناي بزرگترين آنها حذف كند . علاوه بر اين وبر دو عدد از اين آنتن‌ها را يكي در دانشگاه مريلند در نزديكي واشنگتن و ديگري را در آزمايشگاه ملي ارگون خارج از شيكاگو نصب كرد . اين دو آنتن بوسيله خطوط تلفن به نحوي به هم وصل بودند كه نوسانات بزرگ آني كه در هر دو ايستگاه رخ مي داد ، به سرعت ثبت مي كردند . در سال 1969 وبر با اعلام اين خبر كه امواج گرانشي را به طور موفقيت آميزي آشكار كرده فيزيكدانان را متحير كرد . هر روزه حداقل يك نوسان بزرگ ثبت مي شد و نشان مي داد كه يك موج گرانشي به زمين برخورد مي كند . با اين وجود بسياري از دانشمندان نسبت به درستي نتايج آزمايش وبر مشكوك هستند . هرچند كه هيچ كس نتوانسته نشان دهد كه كدام قسمت از نتايج آزمايش وبر نادرست است .

نحوه عملكرد امواج گرانشي بر ذرات باردار و بدون بار چنين بنظر ميرسد : زمانيكه يك موج گرانشي از يك جسم عبور ميكند ، ممكن است جهت نوسان ذرات عمود بر جهت انتشار موج گرانشي باشد ، ولي در اين حالت ذرات نسبت به يكديگر حركت نسبي دارند و ذرات بطور يكسان و يكپارچه و باهم ارتعاش نمي كنند . بطور مثال اگر امواج گرانشي از يك لوله استوانه‌اي عبور كنند و ما سطح مقطع دايره‌اي آنرا ناظر باشيم ، مشاهده خواهيم كرد كه ذرات سمت چپ و راست از مركز دايره دور ميشوند و در همان لحظه ذرات بالا و پائين به مركز دايره نزديك ميشوند و لحظه‌اي بعد ، اين وضعيت بر عكس ميشود . نمونه كيهاني اين تحولات گرانشي ، لحظه انفجار ستارگان بسيار عظيم است كه جرمشان هزاران مرتبه از خورشيد ما بزرگتر است و امواج گرانشي حاصل از انفجار ، بهنگام عبور از منظومه شمسي ، موجب نوسان ماه و زمين به عقب و جلو ميشوند .

اشكالات امواج گرانشي در نسبيت عام :

1- همچنانكه مي دانيم در نسبيت عام ، گرانش اثر هندسي ماده بر فضاي اطرافش ميباشد و آنرا انحناي فضا - زمان مي نامند كه كميتي پيوسته است . با حركت جسم ميزان انحناي فضا - زمان نيز تغيير مي كند . اگر فرض كنيم كه امواج گرانشي نيز كميتي پيوسته است آنگاه با مكانيك كوانتوم ناسازگار خواهد بود . يعني از چهار نيروي اساسي سه تاي آنها كوانتومي و يكي پيوسته است . اگر فرض كنيم كه امواج گرانشي نيز كوانتومي است كه در اين صورت فضا - زمان با امواج گرانشي كه نسبيت خود باني است ناسازگار خواهد بود .

"‌ اخترشناسان به تازگي از پيشرفت‌هاي رصدي و نظري درباره فاجعه بارترين واقعه در عالم ، پس از مهبانگ ، خبر دادند يعني :

ادغام سياهچاله هاي ابر پر جرم . اين برخوردهاي عظيم بايد در مدت كوتاهي ، 23^10 برابر خورشيد انرژي آزاد كنند ، كه همه اين انرژي به شكل امواج نامريي گرانشي است ؛ امواجي در انحناي فضا ـ زمان كه در نسبيت عام انيشتين هم پيش بيني شده ، اما هنوز بطور قطع شناخته نشده‌اند .

اخترشناسان سالهاست كه ميدانند ابر سياهچاله ها ، با جرمي معادل چند ميليون تا چند ميليارد برابر جرم خورشيد ، در مركز كهكشانهاي بزرگ مخفي شده‌اند . اين هيولاها به تحول كهكشانها نظم مي بخشند . وقتي دو كهكشان با هم ادغام مي شوند ، سياهچاله هاي ابر پر جرم بايد در عرض چند صد ميليون سال در مداري به گرد هم قفل شوند .

اين جفت چرخان به دور هم ، ستاره هاي نزديك را پراكنده مي كنند . به اين فرآيند كه آنها را نزديكتر به هم مي كشاند ، اصطكاك ديناميكي مي گويند . اگر اين دو به فاصله يك هزارم سال نوري از هم برسند آنچنان با حركت خود ساختار فضا ـ زمان را در هم مي پيچند كه با گسيل امواج گرانشي و از دست رفتن انرژي ، مطابق اصل بقاي تكانه انرژي ، امواج گرانشي قدرتمندي را ساطع مي كنند . مدارهايشان جمع تر مي شود و سرانجام آنقدر به دور هم مي گردند تا تبديل به يك سياهچاله شوند . اما چنين رخدادي چقدر معمول است ؟

اخترشناسان ، براي يافتن پاسخ اين پرسش ، بايد سياهچاله هاي دوتايي با جدايي كم را پيدا كنند . اخترشناسان دانشگاه نيومكزيكو در گزارش اخير خود خبر كشف احتمالي به هم چسبيده ترين جفت سياهچاله ها را اعلام كردند . اين دو سياهچاله ، دو منبع راديويي درخشان در نزديكي مركز كهكشان 0402+379 در صورت فلكي برساوش اند .

اخترشناسان با استفاده از آرايه با خط مبناي بسيار بلند (VLBA) ـ شبكه‌اي از 10 تلسكوپ راديويي كه در خطي به طول 8000 كيلومتر از هاوايي تا شرقي ترين جزاير دريايي كارايب گسترده‌اند ، جدايي زاويه‌اي اين زوج را فقط 6.9 ميلي ثانيه قوس بدست آوردند ، كه با توجه به فاصله 750 ميليون سال نوري اين جفت از ما ، فاصله آن دو از هم 24 سال نوري به دست مي‌آيد . اين عدد 100 بار كمتر از جدايي بين جفت سياهچاله هايي است كه پيش از اين كشف شده بود .

طيفهايي با تفكيك كم كه به كمك تلسكوپ هابي ـ ابرلي در تگزاس گرفته شده است كه گردش آنها به دور هم را نشان مي دهد و جرم مجموعشان را دست كم 150 ميليون برابر جرم خورشيد به دست مي دهد . احتمالا ً دوره گردش آنها به دور هم 150 هزار سال طول مي كشد تا آن دو در هم ادغام شوند .

ممكن است جدايي بين دو سياهچاله بيشتر از اين باشد ، اگر يكي از آنها بسيار جلوتر از ديگري ، نسبت به زمين باشد و از ديد ما كنار هم بنظر برسند ؛ كه البته احتمالش بسيار كم است . براساس بررسي هاي نظري وقتي كهكشانها ادغام مي شوند ، اصطكاك ديناميكي به سرعت دو سياهچاله را به هم نزديك مي كند تا فاصله شان به 30 سال نوري برسد . سپس مهاجرت بسوي هم كند مي شود ، پيش از اين كه برهمكنش با گاز ، دسته‌اي ستاره ، يا سياهچاله سومي سبب ادغام دو ابرسياهچاله شود .

فيزيكدانان همچنين مايل اند ردپاي امواج گرانشي را در انحناي فضا ـ زمان شناسايي كنند ؛ آثاري كه حاصل ادغام سياهچاله هاي غول پيكرند . مطابق نسبيت عام انيشتين انحناي فضا در اطراف جرم شكل مي گيرد و جرم زياد و بي اندازه چگال سياهچاله انحناي فوق‌العاده‌اي را در فضا ـ زمان ايجاد مي كند و با حركت دو سياهچاله به دور هم خميدگي فضا ـ زمان نيز جابجا مي شود و موجي از انحناي فضا ـ زمان را منتشر مي كند كه موج گرانشي نام دارد . اخترشناسان مركز پرواز هاي فضايي گادرد ناسا در گزارشي اعلام كردند كه شبيه سازي هاي سه بعدي ابر رايانه ها نشان مي دهد در جريان فرايند ادغام ، امواج به سوي بيرون حركت مي كنند . آنها معادلات انيشتين را به زبان رايانه ترجمه كردند . شبيه سازي مشخص كرد كه اگر سياهچاله هاي ابر پر جرم در هر كهكشان در فاصله چند ميليارد سال نوري از زمين با هم ادغام شوند ، آشكارسازهاي امواج گرانشي بايد به دنبال چه نشانه‌هايي بگردند . چندين شبيه سازي انجام شده و حالا دانشمندان مطمئن اند كه شبيه سازي‌ها بيشترين شباهت را با واقعيت دارند . آنها دريافتند كه 4 درصد جرم سياهچاله ها به امواج گرانشي تبديل مي شود . بسامد و شدت امواج با نزديكتر شدن سياهچاله ها به هم افزايش مي يابد .

هر موجود ميكروسكوپي در فاصله چند واحد نجومي از اين رخداد به سبب امواج گرانشي تكه تكه خواهد شد . اما زماني كه اين امواج ميليون‌ها يا ميليارد‌ها سال نوري سفر كنند و به زمين برسند ، اثر كشيده شدن يا فشرده شدن حاصل از عبور موج گرانشي بر موجودات زمين بسيار كمتر از اندازه هسته يك اتم است . به سبب بسامد كم و ضعيف بودن اين امواج ، دانشمندان براي آشكار ساختن آنها به آرايه‌اي از فضاپيماها نياز دارند . ناسا و اسا در حال تدارك اين ماموريت اند ؛ آنتن فضايي تداخل سنجي ليزري (ليزا) . البته ليزا هم يكي از ماموريتهاي ناسا در فهرست ابهام است زيرا كاهش بودجه ناسا بسياري از ماموريتهاي آينده را لغو كرده است .

" آشكار سازهايي كه امروزه براي جستجوي امواج گرانشي به كار مي روند ، گرچه تلسكوپ امواج گرانشي نيز نام دارند اما در عمل هيچ شباهتي به تلسكوپ نوري ندارند .
اساس كار اين آشكار سازها ، پديده‌اي به نام تداخل سنج است . در اين روش دو باريكه هم فاز نور در دو مسير عمود بر هم حركت مي كنند ، در انتهاي مسيرها بازتابنده‌اي قرار دارد كه نور را به مبداء باز مي تاباند .
دو باريكه نور وارد يك تلسكوپ مي شوند و يك طرح تداخلي مي سازند . در آنجا ميتوان فهميد كه در طول مسير آيا اتفاقي براي يكي از پرتوها روي داده است يا خير ؟
اگر پديده‌اي باعث تغيير يكي از باريكه‌ها شود آنگاه دو پرتو با هم اختلاف فاز پيدا مي كنند و وقتي با يكديگر تركيب شوند طرح تداخلي آنها تغيير خواهد كرد و ديگر همان شكل قبلي را نخواهد داشت . با مشاهده اين تغيير مي توان فهميد كه چه اتفاقي افتاده است . اگر اين پديده موج گرانشي باشد ، موج گرانشي در راستاي عمود بر انتشار خود ، فضا - زمان را دچار تغيير خواهد كرد .
به عبارتي مسير نور در اثر عبور موج گرانشي تغيير مي كند . فرض كنيم در راستاي يكي از بازوها عبور مي كند ، طبق خاصيت موج گرانشي ، طول بازو براي مسير نور تغيير مي كند . درست مثل وقتي كه نور در هوا وارد آب يا شيشه مي شود و سرعت آن تغيير مي كند . بنابراين نور در مدت زمان متفاوتي اين مسير را طي مي كند و به همين دليل نسبت به حالات قبل اختلاف فاز پيدا مي كند . اختلاف فاز اين پرتو موجب مي شود كه ديگر پرتوها يكديگر را خنثي نكنند و در نتيجه يك جرقه را لحظه‌اي با شكل خاص مشاهده مي كنيم . پس مشاهده يك درخش نمايانگر عبور موج گرانشي است اما ممكن است عوامل ديگري مثل زمين لرزه باعث ايجاد چنين تغييراتي شود . به همين خاطر در مجاورت يكي از آشكارسازها ، آشكارساز كوچكتري با همين خصوصيات ولي با طول بازوي 2 كيلومتر ساخته مي شود . اگر موج گرانشي عبور كند ، اثر آن بر آشكارساز كوچك ، نصف آشكارساز بزرگ است . از جمله آشكار سازهاي روي زمين آشكار ساز ليگو است .
ليگو با وجود آنكه در حال حاضر بزرگترين آشكار ساز امواج گرانشي روي زمين است ولي مشكلات و محدوديت‌هاي بزرگ نيز دارد كه مهمترين آنها حساسيت نسبتاً پايين به امواج گرانشي است . ليگو مي تواند منظومه دوتايي ستاره‌هاي نوتروني را تنها در چند صدم ثانيه‌اي كه اين دو با هم برخورد مي كنند آشكار كند . در چنين لحظه‌اي امواج گرانشي در حوالي منظومه بسيار قوي است .
يك راه ديگر براي آگاهي از امواج گرانشي و آنچه در پيرامون ما در فضا اتفاق مي افتد شبيه سازي رايانه‌اي است . در اين كار وضعيت فيزيكي خاصي را در نظر مي گيرند و با كمك معادلات توصيف كننده آن وضعيت ، رفتار بعدي آن را شبيه سازي مي كنند ، هر چند كه معادلات رياضي بسيار پيچيده‌اي دارند . بررسي امواج اجرام مختلف به ما كمك مي كند تا اطلاعات بيشتري در مورد ساختار آنها كسب كنيم . با مشاهده انفجار يك ابر نو اختر مي توان سرعت امواج الكترومغناطيس و سرعت موج گرانشي را مقايسه كرد . دريافت موج گرانشي از يك ستاره نوتروني مي تواند اطلاعات دقيق تري در مورد شعاع و جرم آنها به ما دهد .
طرحي به نام ليزا Lisa در دست است كه از سه ماهواره تشكيل شده در فضا به شكل يك مثلث متساوي‌الاضلاع با طول هر ضلع 5 كيلومتر قرار دارد . ماهواره‌هاي ليزا در فاصله 50 ميليون كيلومتري زمين به دور خورشيد قرار خواهند گرفت . يكي از ماهواره‌ها ، هم به صورت منبع تابنده ليزر و هم به صورت دريافت كننده پرتوهاي بازتابنده عمل مي كند و دو ماهواره ديگر در نقش بازتابنده ( از قطعات مكعبي شكل ساخته شده است ) استفاده مي كنند كه آزادانه در فضاي درون ماهواره حركت مي كند.

2- اگر سرعت امواج گرانشي برابر سرعت نور باشد ؛ اين امواج نمي‌توانند از افق رويداد يا شعاع شوارتس شيلد اجرام نوتروني فرار و به طرف پيرامون منتشر و حتي آشكار شوند ، براي اينكه طبق نظريات جديد ، ميدان گرانش هر جسمي تشكيل شده است از امواج گرانشي خود آن جسم كه مربوط به ذرات زير كوانتومي فرضي به نام گراويتون ميشود و علت آن اين است كه اتم‌ها ساكن نبوده بلكه با نوسانات زيادي در حال جنبش هستند كه مسلما امواج گرانشي توليد خواهند كرد ، يعني چيزي شبيه امواج الكترومغناطيسي پيرامون اجسام باردار يا مواد باريوني كه مربوط به ذراتي به نام فوتون ميشود . در صورت درست بودن نظريات فعلي هيچ ميدان گرانشي نمي‌تواند پيرامون سياهچاله ها پديدار شود و اين در حالي است كه ميدان گرانش قوي پيرامون اجرام نوتروني شناسايي شده است . و بايد گفت كه اين امواج گرانشي در برهمكنش سياهچاله ها با يكديگر در يك سيستم ( منظومه ) دوتايي شناسايي و رديابي شده و جالب است كه اين پديده شناخته شده يكي از شواهد اثبات نظريه نسبيت تلقي ميشود . اگر طبق نظريات مكانيك كوانتومي ذره زير كوانتومي وجود داشته باشد و آن حامل نيروي گرانش باشد ، سرعت اين ذرات ميبايست به مراتب بيشتر از سرعت نور يا فوتونها باشد تا بتوانند خارج از افق روي داد يك سياه چاله گسترش و انتشار يابند .

امروزه سرنخ‌هايي از اين سرعت‌هاي بسيار بالا بدست آمده است :

سرعت نور شكسته شد

محققان دانشگاهي در سوئيس سيگنالي را رديابي كردند كه سرعتي بالاتر از سرعت نور دارد . به گزارش خبرگزاري مهر ، محققان دانشگاه ژنو در سوئيس موفق به كشف سيگنالي شدند كه سرعت حركت آن از سرعت نور بيشتر است . در دنياي خارق‌العاده كوانتوم و مكانيك كوانتومي ، پديده‌اي به نام درگيري ذرات با يكديگر وجود دارد به اين معني كه اگر دو ذره كه به شدت با هم در ارتباطند را از يكديگر جدا كرده و در فاصله طولاني از هم نگه داريم ، علي رغم فاصله‌اي كه بين آنها وجود دارد ، در صورت بروز تغيير در يكي از ذره‌ها ديگري نيز دچار تغيير خواهد شد . اين پديده توسط دكتر دانيل سالارت و همكارانش در دانشگاه ژنو مورد بررسي قرار گرفت . وي دو فوتون نور مرتبط و درگير به هم را در آزمايشگاه به فاصله 18 كيلومتر از يكديگر دور كرد و با بررسي خصوصيات هر يك از آنها دريافت كه با تغيير در هر كدام ديگري نيز متحول مي شود . وي اين آزمايش را بر روي جفتهاي زيادي از فوتونها انجام داد كه نتايج به دست آمده مشابه نتيجه اوليه بود . با مشاهده اين نتايج محققان به اين نتيجه رسيدند كه بين اين دو ذره سيگنالي در حال حركت است كه خصوصيات يكي را به ديگري منتقل مي كند . بر اساس گزارش NewScientist، محققان بر اين باورند كه اين سيگنال بايد سرعتي 10000 بار بيشتر از سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصيت يك فوتون را به ديگري منتقل كند .

نظريه ديگري كه اين تيم ارائه داد مبني بر اين است كه سنجش خصوصيات يك فوتون به سرعت بر روي فوتونهاي ديگر نيز تاثير مي گذارد .

البته لازم به ذكر است كه سرعت محاسبه شده جديد ميبايست 15707 برابر سرعت نور باشد زيرا همانطور كه ميدانيم محيط دايره تقريبا 3.14 برابر قطر آن است و چون امواج الكترومغناطيسي به صورت كره در فضا گسترش مي‌يابند اين ارتباط مابين دو فوتون ميبايست از طريق محيط دايره‌اي شكل برقرار شود و نه از طرق قطر دايره يا همان خط مستقيم :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در رسم فوق مارپيچ طلايي دوران ميدان الكتريكي موج الكترومغناطيس ، A منبع موج الكترومغناطيس ، B و C مكان حضور دو فوتون با فاصله 18 كيلومتر و منحني يا كمان ADC برابر 28.27 كيلومتر ميباشد كه انتقال اطلاعات ميبايست از اين طريق انجام شود كه سرعت ميبايست 1.57 برابر بيشتر شود .

اگر سرعت برقراري ( تشكيل ) و يا انفصال ميادين گرانشي و همچنين انتشار امواج گرانشي معادل و برابر سرعت نور باشد ، اين ميادين و امواج در پيرامون يك سياه چاله تقريبا به شكل زير خواهد بود :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

دايره قرمز رنگ شعاع شوارتس شيلد و منحني‌هاي مشكي رنگ بيانگر انحناي فضا - زمان نظريه نسبيت يعني مسير برگشت امواج الكترومغناطيسي و گرانشي به طرف داخل را نشان مي‌دهد كه در كل وضعيت ناهنجاري را براي يك جرم نوتروني به ارمغان خواهد داشت . در اين وضعيت ناهنجار تمام نيروهاي گرانشي يا انرژي امواج گرانشي و ... در مركز جرم نوتروني متمركز ميشوند كه در اين صورت ، اجرام نوتروني خيلي زود ميبايست منفجر شوند كه در واقع چنين نيستند ! انفجار آنها تابع شرايط خاص خود است كه در روز قيامت به وقوع خواهد پيوست ! در حقيقت سرعت برقراري ( تشكيل ) و يا انفصال ميادين گرانشي و همچنين انتشار امواج گرانشي خيلي بيشتر از سرعت نور ( امواج الكترومغناطيس ) است ، اين ميادين يا امواج گرانشي و بهتر است بگوييم كه دوران ميادين گرانشي پيرامون يك جرم نوتروني به شكل زير خواهد بود :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

يعني همان اسپيرال لگاريتمي معروف ( مارپيچ طلايي فيبوناچي ) !

توضيحات بيشتر در مورد شكل اول اينچنين است كه طبق نظريه نسبيت ، گرانش تغيير شكل هندسي فضاي پيرامون جرم يا جسم و يا همان انحناي فضا - زمان است و چون مسير حركت نور تابعي از همبافته فضا - زمان است ، پس نور در هنگام گذر از پيرامون اجرام خميده ميشود و مسير مستقيم پرتو نور به منحني تبديل ميشود . حال پرتو نوري را فرض كنيد كه با سرعت اوليه سعي دارد از ميدان گرانش يك سياه چاله فرار كند ، سرعت اين پرتو نور در جوار شعاع شوارتس شيلد صفر شده و مجبور است به طرف مركز سياه چاله سقوط كند ولي امواج گرانشي چنين نيستند ، سرعت آنها خيلي بيشتر از سرعت نور است و توان فرار را دارند منتها در هنگام فرار تاب خورده و تحت تاثير گرانش در هم تنيده ميشوند و همانند يك اسپيرال لگاريتمي منتشر خواهند شد . پس هرچه قدر جرم و يا سرعت زاويه‌اي سياه‌چاله بيشتر شود فركانس و يا بسامد امواج گرانشي افزايش خواهد يافت و برعكس . پس در آينده ميتوان با شناسايي امواج راديويي و گرانشي اجرام نوتروني به اطلاعات مفيدي دست يافت كه اشاره به خصوصيات فيزيكي جرم نوتروني خواهد داشت .

حد جرم نوتروني براي گريز امواج گرانشي :

ما همواره بايد بدانيم كه سرعت حركت موج به دو عامل كلي بستگي دارد 1 - محيط انتشار موج 2 - جنس و ماهيت خود موج . نور از جنش امواج الكترومغناطيس است ولي گرانش از نوع موج گرانشي ، اگر ما فضا را براي هر دو موج يكسان در نظر بگيريم ، آيا ماهيت اين دو موج يكي است ؟ هر چند كه مبدا و منشا واحدي داشته باشند ! متاسفانه بشر فعلا توانايي توليد امواج گرانشي را ندارد كه سرعت آن را اندازه گيري كند ولي به احتمال زياد سرعت امواج گرانشي خيلي خيلي ..... بيشتر از سرعت نور است ، اين موج در عرض 50 هزار سال قمري فاصله 13 ميليارد سال نوري را طي مي‌كند ، يعني سرعتي نزديك به 270 هزار برابر سرعت نور و البته اين به فركانس موج گرانشي نيز مربوط ميشود . اگر ابعاد كيهان 14.547.900.000 سال نوري باشد اين موج در عرض 48.493 سال شمسي آن را مي‌پيمايد و همه چيز مقابل خود را منهدم مي‌كند ، پس ميتوان با اين شرايط سرعت آن را 300.000 برابر سرعت نور تخمين زد يعني سرعت تك موج گرانشي برابر سرعت امواج الكترومغناطيسي به توان دو است ، يعني سرعت موج گرانشي برابر C² مي‌باشد . براي اين محاسبه از فرمول كلاسيك سرعت فرار استفاده مي‌كنيم :

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

R متريك گرانشي اطراف يك سياه چاله و M جرم آن ميباشد . اينك با دانستن فرمول حجم كره و جرم حجمي نوترون متراكم ، ميتوانيم حد جرم سياه چاله و متريك گرانشي آن را محاسبه كنيم . براي اين منظور از دستگاه معادلات ( دو معادله دو مجهول ) استفاده مي‌كنيم .

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

اين اعداد به چه معني است ؟

اگر حد جرم نوتروني ( سياه چاله ) بدست آمده را تقسيم بر جرم خورشيد ( 30^10*1.99 ) كنيم ، عدد 26^10*1.16 بدست مي‌آيد . طبق رصدهاي انجام شده چنين برآورد ميشود كه در كيهان تقريبا 100 ميليارد كهكشان وجود دارد و به طور متوسط هر كدام حاوي 100 ميليارد ستاره است . يعني كيهان حاوي 22^10 ستاره است كه اگر تمام اينها به علاوه ساير اجرام سماوي و مواد باريوني ، تشكيل جرم نوتروني ( سياه چاله‌اي ) را دهند كه مسلما شعاع آن كمتر از متريك گرانشي بدست آمده خواهد بود ، و هرگز نميتواند جلوي فرار و انتشار امواج پرقدرت و پر نفوذ گرانشي را بگيرد ، يعني هيچ مانعي جلودار امواج و ميادين گرانشي نخواهد بود .

منبع:

کد:

---

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

---

سلام

یه مقاله راجع به سیاه چاله جمع آوری کردم که امید وارم خوشتون بیاد

اینم لینکش

کد:

---

http://samba.persiangig.com/document/Samba%28Black%20Holes%29.pdf

---

حجم 908 KB

مسئله قابل توجه فقط اين نيست كه جسمي در فضا وجوددارد بلكه اين جسم مشخص كننده هندسه فضاي اطرافش مي باشد. انيشتيندر اين مورد مي گويد: هميشه عقيدهبر اين بوده اگر تمامماده جهانمعلوم شود،زمانو باقي مي مانند، در حالي كه نظريه نسبيت تاكيد مي كند كه زمان و فضا نيز همراه باماده نابود مي گردند. بنابراين ،جرمبا فضا ارتباط دارد. هر جسمي باعث ميشود كه فضاي اطرافش انحنا پيدا كند. ما به سختي متوجه چنين انحنايي در زندگي خود ميشويم، زيرا با جرم هاي نسبتا كوچكي سروكار داريم. ولي درميدانهاي گرانشي بسيار قوي ، مقدار انحنا ممكن است قابل توجه باشد.تعدادي از رويدادهايي كه اخيرا در فضا مشاهده شده اند،نشان مي دهند كه احتمال تمركز مقادير جرم در بخش هاي كوچكي از فضا وجود دارد. اگرماده اي با جرم معين به اندازه اي متراكم شود كه به حجم كوچكي تبديل گردد و آن حجمبراي چنين ماده‌اي بحراني باشد، ماده تحت تاثير گرانش خود شروع به انقباض مي نمايد. با انقباض بيشتر ماده ، فاجعه گرانشي گسترش مي‌يابد و آنچه كه فرو ريختن گرانشيناميده مي شود، آغاز مي گردد. تمركز ماده در اين فرآيند افزايش مي يابد و طبق نظريهنسبيت ،انحناي فضانيز به تدريج بيشتر مي گردد.


سرانجام لحظه اي فرا مي رسد كه هيچ پرتوئي ازنور ، ذره و نشانه فيزيكي ديگر نمي تواند از اين قسمت كه دچار فروريختن جرم شده ، خارجگردد. اين جسم به عنوانسياهچالهشناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو ريختنكه به يك سياهچاله تبديل مي گردد،شعاع گرانشيناميده مي شود. اين شعاع برايجرم خورشيد سه كيلومتر و براي جرم زمين 9/0 سانتي متر است.
اگر خورشيد در اثرانقباض به كره‌اي با شعاع سه كيلومتر تبديل شود، به صورت يك سياهچاله در مي آيد. گرانش در سطح جسمي كه شعاعش با شعاع گرانشي جرم آن برابر مي باشد، فوق‌العاده شديد است. براي غلبه بر نيرويگرانشي لازم استسرعت فرارافزايش يابد، كه مقدار آن بيشتراز سرعتنور مي باشد. طبق نظريه خاص نسبيت كه اكنون قابل قبول است، در جهان هيچ چيز نمي تواند با سرعت بيشتر ازسرعت نور حركت كند. به همين دليل سياهچاله ها اجازه نمي دهند هر چيزي از آنها خارجگردد. از سوي ديگر ، سياهچاله مي تواند ماده را از فضاي اطراف به درون خود ببلعد وبزرگتر شود. براي توضيح تمام پديده هايي كه مربوط به سياهچاله مي شوند، فرضيه عامنسبيت لازم مي باشد. بر اساس اين نظريه ، گذشت زمان در ميدان گرانشي قوي آهسته ميباشد. براي ناظري كه در خارج سياهچالهقرار دارد، افتادن يك جسم به درون سياهچاله مدت طولاني متوقف مي گردد. در چنينحالتي ناظر فرضي در ارتبط باعمل انقباضواقعا تصوير كاملا متفاوتي رامشاهده خواهد نمود. ناظر در حالي كه در ظرف مدت محدودي به شعاع گرانشي مي رسد،سقوطش ادامه مي يابد، تا آنكه به مركز سياهچاله برسد. ماده در حال فروريختن ، پس ازگذشتن از شعاع گرانش به انقباض ادامه مي دهد. طبق اختر فيزيك نظري جديد ممكن استسياهچاله ها مرحله پاياني زندگيستارگانجسيم باشند. مادامي كه يك منبع انرژي در ناحيه مركزي ستاره فعاليت مي نمايد، درجات حرارت بالا باعث انبساط گاز و جدا شدن لايه هاي بالائي آنمي شود. در عين حال ، نيروي گرانشي عظيم ستاره اين لايه ها را به سوي مركز ميكشاند. پس از آن كه سوخت تامين كنندهواكنش‌هاي هسته‌ايبه مصرف رسيد، درجه حرارتدر ناحيه مركزي ستاره به تدريج پايين مي آيد. در اين مرحلهتعادل ستارهبه هم مي خورد و ستاره تحت تاثير نيرويگرانشي خود منقبض مي گردد. تكامل و تغيير بيشتر آن به جرمش بستگي دارد. طبقمحاسبات اگر جرم ستاره سه تا پنج برابر جرم خورشيد باشد، مرحله پاياني انقباض آنممكن است باعث فروريختن گرانشي و تشكيل سياهچاله گردد.