در مورد سیاه‌چاله‌ها چه می دانیم؟

رئیس دانشکده علوم دانشگاه فردوسی گفت: برای شناسایی سیاه‌چاله‌ها شواهد مستقیم رصدی وجود ندارد و آن‌ها معمولا به صورت غیرمستقیم شناسایی می‌شوند.

شهرام عباسی در گفت‌وگو با ایسنا در خصوص معرفی سیاهچاله‌ها اظهار کرد: سیاه‌چاله‌ها موجودات عجیبی هستند. سیاه‌چاله‌ها اولین بار در تئوری نسبیت عام انیشتن مطرح شدند. طبق این تئوری پیش‌بینی می‌شد که تکینگی‌ای در فضازمان وجود داشته باشد.

وی افزود: سیاه‌چاله‌ها برای اولین بار در سال 1967 توسط دانشمندی به نام جان ویلر نامگذاری شد. سال‌های زیادی این تصور وجود داشت که در محیط‌های مختلفی از جهان سیاه‌چاله‌هایی وجود دارند اما زمینه رصد آن‌ها فراهم نشده بود تا وجود سیاه‌چاله‌ها در جهان را توجیه کند. اگر ما جرمی را به هر دلیلی فشرده کنیم، مانند فشردهسازی خورشید به اندازه یک توپ معمولی چگالی آنقدر زیاد و گرانش انقدر قوی می‌شود که حتی نور هم قادر به خروج از این فضا نخواهد بود. زمانی که چگالی بسیار زیاد و گرانش بسیار قوی شود، هیچ نور و اطلاعاتی قادر به خروج از این فضا نخواهد بود.

این استاد گروه نجوم و اخترفیزیک دانشگاه فردوسی ادامه داد: از نظر فیزیکی و تئوری، تئوری سیاه‌چاله‌ها سال‌هاست که ساخته شده اما به صورت تجربی در نیامده است. سیاه‌چاله یک جرم بسیار فشرده و چگال است. در بسیاری از سیستم‌های اختر فیزیکی مواد تحت گرانش خود فرو می‌ریزند. در سناریوهای تحول ستاره‌ها، ستاره‌ها زمانی که به مرحله آخر عمر خود می‌رسند منقبض شده، خود را می‌بلعد و در نهایت به سیاهچاله تبدیل می‌شود.

عباسی خاطرنشان کرد: شعاعی وجود دارد که اگر ستاره یا هر جرم گرانشی از آن شعاع مخصوص به خود کمتر باشد، به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود. این شعاع بستگی به جرم آن جسم دارد؛ هرچه جرم یک ستاره بیشتر باشد، شعاع آن هم بیشتر می‌شود. برای مثال خورشید زمانی که به شعاع چند سانتیمتر برسد، به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود.

انقلابی بزرگ در توجیه تئوری وجود سیاه‌چاله‌ها 

رئیس دانشکده علوم دانشگاه فردوسی با اشاره به اینکه در چند سال اخیر دو اتفاق بزرگ در خصوص سیاهچاله‌ها رخ داده است، گفت: یکی از این اتفاقات در خصوص رصد تابش گرانشی بود که در سال‌های اخیر در آشکارساز لایگو رخ داد. طی این اتفاق برهم کنشی و بلعیدن دو سیاهچاله توسط یکدیگر و تابش گرانشی آن را رصد کرد. این اتفاق انقلابی بزرگ در توجیه تئوری سیاه‌چاله‌ها را رقم زد. دومین اتفاق نیز مربوط به مشاهده اولین سیاه چاله و افق رویداد آن توسط مجموعه تلسکوپ‌های افق رویداد است. وی با اشاره به اینکه بوجود آمدن سیاه‌چاله‌ها به سناریوهای شکل‌گیری کهکشان‌ها باز می‌گردد، تشریح کرد: سیاهچاله‌ها به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. برخی از این سیاهچاله‌ها با عنوان سیاه‌چاله‌های سنگین (Super-Massive Black Holes) شناخته می‌شود که بعضا بین میلیون تا میلیارد برابر جرم خورشید جرم دارد. این سیاه چاله‌های سنگین معمولا در هسته‌های فعال کهکشانی دیده می‌شود. برای مثال این عقیده وجود دارد که در مرکز کهکشان راه شیری یک سیاهچاله سنگین وجود دارد که میلیون برابر جرم خورشید جرم دارد.

انوع سیاهچاله‌ها

دانشیار گروه نجوم و اخترفیزیک دانشگاه فردوسی بیان کرد: نوع دیگری از سیاه‌چاله‌ها هستند که با عنوان سیاهچاله‌هایی با جرم متوسط (Intermediate-mass black hole) شناخته می‌شود. این سیاه‌چاله‌ها از برهم کنش کهکشانی یا ادغام شدن چند سیاه‌چاله و ستاره با یکدیگر شکل گرفته‌اند. سیاهچاله‌ای دیگر وجود دارد که با عنوان سیاهچاله ستاره‌ای شناخته می‌شود و جرم آن‌ها چند برابر جرم خورشید است. بسیاری از اخترشناسان معتقدند که این سیاه‌چاله‌ها با جرم ستاره‌ای تحولی برای ستارگان هستند. به معنای دیگر ستاره‌ها زمانی که می‌میرند، باقی مانده آن‌ها تبدیل به سیاهچاله می‌شود.

عباسی گفت: بر اساس نظریه ذرات بنیادین، دانشمندان معتقدند که شتابدهنده‌هایی مانند شتاب‌دهنده هادرونی برهم کنش پروتن - پروتن یا ذرات ریز دیگر می‌تواند باعث به وجود آمدن سیاه‌چاله‌های کوچک و مینیاتوری شود. بر این اساس این تئوری مطرح شد که با برهم کنشی پروتن - پروتن با یکدیگر در آزمایشگاه برخورد کنند و یک سیاهچاله ایجاد کنند و در نتیجه تمام عالم را ببلعد. این موضوع موجب نگرانی فیزیکدان‌های بزرگ جهان شد. در نهایت فیزیکدان معروف استیون هاوکینگ بر اساس مدل معروف خود با عنوان تابش سیاه‌چاله‌ای نشان داد که تابش سیاه‌چاله‌ها بر خلاف تصور عموم مردم بسیار ظریف است. اثر این تابش در سیاه‌چاله‌های بزرگ و کیهانی اصلا قابل رویت نیست اما در سیاه‌چاله‌های مینیاتوری آزمایشگاه، تابش هاوکینگ آن‌ها را از سیاه چاله بودن در می‌آورد.

سیاه‌چاله‌ها، اجرامی نامرئی که به واسطه انرژی که ایجاد می‌کنند، شناسایی می‌شود

رئیس دانشکده علوم دانشگاه فردوسی اظهار کرد: برای شناسایی سیاه‌چاله‌ها شواهد مستقیم رصدی وجود ندارد و آن‌ها معمولا به صورت غیر مستقیم شناسایی می‌شوند. در تمام کهکشان‌هایی که رصد شده‌اند، حدودا دو تا سه هسته فعال کهکشانی است که در این هسته‌های فعال کهکشانی سیاه‌چاله‌های بزرگی وجود دارد. معمولا سیاه‌چاله‌ها را به علت کوچک بودن نمی‌توان دید اما آن‌ها را می‌توان از اتفاقاتی که در اطراف آن رخ می‌دهد، شناسایی کرد. از آنجایی که این سیاه‌چاله‌ها گرانش خیلی قوی دارند، گازها و ستاره‌های اطراف خود را می‌بلعند. از سیاه‌چاله‌ها تابش‌های مرئی را می‌توان دید. سیاه‌چاله‌ها اجرام نامرئی هستند که به واسطه انرژی که در اطراف خود ایجاد می‌کنند، شناسایی می‌شوند.

وی افزود: به صورت تئوریکال سال‌های مختلفی بر نحوه شناسایی سیاه‌چاله‌ها کار شده است اما برای اولین بار در زمان رصد هسته کهکشانی راه شیری با مشاهده شواهد لازم به وجود آن پی برده شد. قبل از این تصویربرداری نیز اختر فیزیکدانان بر اساس شواهدی که دیده می‌شد به وجود این سیاه‌چاله پی بردند.

ایجاد مدل‌های هولوگرافی برای شناخت بیشتر درون سیاه‌چاله‌ها

دانشیار گروه نجوم و اخترفیزیک دانشگاه فردوسی ادامه داد: سیاه‌چاله‌ها از نظر تئوری برای فیزیکدانان بسیار جالب است. بسیاری از فیزیکدانان علاقه‌مند به مطالعه در خصوص سیاه‌چاله‌ها هستند و در راستای بقای اطلاعات، وقوع پدیده‌ها، داخل سیاه‌چاله و خود سیاه‌چاله تحقیقات بسیاری را انجام داده‌اند. همچنین دانشمندان مدل‌های هولوگرافی یا تمام نگاری را تنظیم کردند تا نگاهی به درون یک سیاه‌چاله و فیزیک داخل آن داشته باشند. این فعالیت‌ها کاملا علمی و آکادمیک است اما متاسفانه تجربی پذیر نیست. ما از اتفاقاتی که داخل یک سیاه‌چاله رخ می‌دهد نمی‌توانیم اطلاعات کاملی را کسب کنیم اما می‌توانیم مدل‌هایی را ایجاد کنیم تا بتوانیم آن‌ها را بیشتر مطالعه کنیم.

برخورد میان سیاه‌چاله‌ها محتمل است

عباسی با اشاره به اینکه امکان برخورد میان سیاه چاله‌ها وجود دارد، تشریح کرد: در سیاه‌چاله‌های نزدیک به جرم ستاره‌ای از این نوع اتفاقات رخ می‌دهد. برای مثال در پدیده مورد مطالعه لایگو در خصوص تابش گرانشی، حدس زده می‌شد که دو سیاه چاله با جرمی حدودا 50 برابر جرم خورشید با یکدیگر برخورد کرده و با هم ادغام شدند. این فرایند مهیب انرژی بسیار زیادی تولید کرده که بعد از سال‌های بسیار زیاد ما اکنون توانستیم اثر تابش گرانشی آن را برای اولین بار توسط لایگو رصد کنیم. این رویداد همواره محتمل است و می‌توان شواهد رصدی از آن دید.

وی خاطرنشان کرد: در صورت برخورد دو سیاه چاله با یکدیگر یک انفجار عظیم رخ داده و موج‌های گرانشی قوی‌ای را ایجاد می‌کند که نهایتا به ایجاد یک سیاه چاله بزرگتر منجر می‌شود. سیاه‌چاله‌ها اجرام را به سمت خود کشیده و به عبارتی اجرام مختلف را می‌بلعند که باعث افزایش چگالی آن‌ها می‌شود. فیزیکدانان تئوری در این خصوص که ماده در این چگالش قوی به چه شکلی در خواهد آمد تحقیق میکنند اما در حال حاضر اطلاعات دقیق از آن وجود ندارد. سیاه‌چاله‌ها از جرم بسیار زیادی تشکیل می‌شود و از آنجایی که هیچ جرمی از آن خارج نمی‌شود حدس می‌زنیم که همواره به همین صورتی که هستند باقی خواهند ماند و از بین نمی‌روند.