سياهچاله و مباحث مربوط به آن[مقاله]

[مرتضی nvcd]

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.

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.

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

[ghazal_ak]

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.




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

[farbod123]

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.

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.

[farbod123]

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:

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید

[ghazal_ak]

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.

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.

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

[farbod123]

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.

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

[farbod123]

دانشمندان دانشگاه «دورهام» موفق به كشف «ارتباط گمشده» سياه چاله‌ها در كهكشان شدند.

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

[farbod123]

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.

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 :

[babak81]

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

[mohammad_92]

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.

برای مشاهده محتوا ، لطفا وارد شوید یا ثبت نام کنید