قسمت نهم فانوس‌های کیهانی | سیاهچاله‌

پس از آن‌که اینشتین در سال ۱۹۱۵ نظریه نسبیت عام خود را معرفی کرد، شخصی به نام کارل شوارتزشیلد به بررسی معادله اینشتین پرداخت و تنها یک سال پس از تولد نسبیت عام، راه‌حلی خاص را برای این معادله ارائه داد. یکی از نتایج راه حل شوارتزشیلد، وجود جسمی کروی و بسیار چگال بود که قدرت میدان گرانشی‌اش حتی به نور اجازه گریختن نمی‌داد. امروزه این اجرام را(که در ابتدا موجوداتی فرضی محسوب می‌شدند.) با نام «سیاهچاله‌» می‌شناسیم. نامی که جان ویلر، اخترشناس آمریکایی در سال ۱۹۶۷برای آن‌ها پیشنهاد کرد. در این شماره از سلسله مطالب فانوس‌های کیهانی، به بررسی سیاه‌چاله‌ها و انواع آن‌ها خواهیم پرداخت.

سیاهچاله‌ ستاره‌ای- کوچک اما مرگبار

یک ستاره زمانی که سوخت خود را به پایان می‌رساند، ممکن است رمبش کند و در خود فروبریزد. سرنوشت نهایی ستارگان سبک‌تر، که جرمی حداکثر معادل سه برابر جرم خورشید دارند، یک کوتوله سفید و یا ستاره نوترونی خواهد بود. اما زمانی که یک ستاره پرجرم رمبش می‌کند، آنقدر به فروریزش خود ادامه می‌دهد تا در نهایت یک سیاهچاله را به وجود آورد.

سیاهچاله‌هایی که از رمبش ستاره‌ها به وجود می‌آیند، گرچه (به نسبت دیگر انواع سیاهچاله‌ها) کوچک محسوب می‌شوند، اما به طرز شگفت‌انگیزی چگال هستند. این موجودات، جرمی بیش از سه برابر جرم خورشید را در ناحیه کوچکی فشرده می‌سازند و به این ترتیب، گرانشی فوق‌العاده قوی را در اطراف خود به وجود می‌آورند. سیاهچاله‌ها، گرد و غبار اطراف کهکشانی که در آن قرار دارند را می‌بلعند و رشد می‌کنند.

به گفته مرکز اخترفیزیک اسمیتسونین-هاروارد، در راهشیری چند صد میلیون سیاهچاله اخترفیزیکی وجود دارد.

black-hole-100317-02

تصویر هنرمندانه از یک سیاهچاله جوان

سیاهچاله‌ ابرپرجرم- تولد غول‌ها

جهان مملؤ از سیاهچاله‌های کوچک است. اما این اقوام کهنسال‌تر این سیاهچاله‌ها، یعنی سیاهچاله‌های ابرپرجرم هستند که قدرت را در دست دارند. سیاهچاله‌های ابر پرجرم، جرمی معادل میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر بیشتر از جرم خورشید دارند، در حالی که شعاع آن‌ها تنها به اندازه شعاع یک کوتوله سرخ است. تصور می‌شود که در مرکز هر کهکشانی از جمله راه شیری، یک سیاهچاله ابر پرجرم قرار داشته باشد.

دانشمندان مطمئن نیستند که سیاهچاله‌های ابرپرجرم چگونه متولد می‌شوند. این سیاهچاله‌ها پس از شکل‌گیری، شروع به تغذیه از گاز و غبار فراوانِ مرکز کهکشان‌ها می‌کنند و به تدریج بسیار غول‌پیکر می‌شوند. یک سیاهچاله‌ ابرپرجرم ممکن است حاصل ادغام صدها یا هزاران سیاهچاله کوچک باشد. برخورد و فروریزش ابرهای گازی بسیار بزرگ نیز می‌توانند در تولد سیاهچاله‌های ابرپرجرم دخیل باشند. یک احتمال سوم نیز مربوط به رمبش خوشه‌های ستاره‌ای است. گروهی از ستارگان که بر روی یکدیگر فرو می‌ریزند.

sgu-vl-lrhvb-stl-28mm-m-cp8-1

تصویر تهیه شده از مرکز راه شیری، مکانی که تصور می‌شود جایگاه یک سیاهچاله ابر پرجرم باشد.

سیاهچاله‌ متوسط- حلقه گمشده

زمانی دانشمندان می‌اندیشیدند که سیاهچاله‌ها تنها می‌تواند در دو رده کوچک و بزرگ (ابرپرجرم) وجود داشته باشند. اما پژوهش‌های اخیر، احتمال وجود سیاهچاله‌هایی با اندازه متوسط را آشکار کرده‌اند. دانشمندان حدس می‌زنند این اجسام زمانی شکل بگیرند که ستاره‌های درون یک خوشه ستاره‌ای، طی یک واکنش زنجیره‌ای رمبش کنند. تصور می‌شود که شکل‌گیری چندین سیاهچاله متوسط و ادغام آن‌ها در مرکر کهکشان، می‌تواند سبب تولد یک سیاهچاله ابر پرجرم شود.

در سال ۲۰۱۴، اخترشناسان جسمی را در بازوی یک کهکشان مارپیچی یافتند که به نظر می‌رسید یک سیاهچاله متوسط باشد. با این وجود، سیاهچاله‌های متوسط همچنان به عنوان یک حلقه گمشده میان سیاهچاله‌های کوچک و ابر پرجرم محسوب می‌شوند.

چگونه یک سیاهچاله را ببینیم؟

سیاهچاله‌ها، با وجود پرجرم بودن تنها حجم کوچکی از فضا را اشغال می‌کنند. به دلیل رابطه میان جرم و گرانش، جرم بسیار زیاد این موجودات، سبب می‌شود که از چنان گرانش عظیمی برخوردار باشند که حتی نور نتواند از میدان گرانشی آن‌ها بگریزد. به دلیل وجود این میدان گرانشی بسیار قوی، رصد کردن سیاهچاله‌ها با مشکل مواجه می‌شود: دانشمندان نمی‌توانند آن‌گونه که سایر اجرام آسمانی را رصد می‌کنند، سیاهچاله‌ها را «ببینند»(زیرا هیچ تابش الکترومغناطیسی از سیاهچاله بیرون نمی‌آید.) در عوض، دانشمندان بر رصد غیرمستقیم این اجرام تمرکز می‌کنند.

On the left, an optical image from the Digitized Sky Survey shows Cygnus X-1, outlined in a red box. Cygnus X-1 is located near large active regions of star formation in the Milky Way, as seen in this image that spans some 700 light years across. An artist's illustration on the right depicts what astronomers think is happening within the Cygnus X-1 system. Cygnus X-1 is a so-called stellar-mass black hole, a class of black holes that comes from the collapse of a massive star. New studies with data from Chandra and several other telescopes have determined the black hole's spin, mass, and distance with unprecedented accuracy.

تصویر ثبت شده‌ی رصدخانه چاندرا از دجاجه X-1، یک منبع پرتو ایکس که تصور می‌شود یک سیاهچاله باشد.

 

منبع

نویسنده:

شیرین شاطرزاده یزدی

شیرین شاطرزاده یزدی، نجوم آماتوری را از دوره راهنمایی آغاز کرد و هم اکنون دانشجوی مقطع کارشناسی‌ارشد رشته فیزیک در گرایش گرانش و کیهان شناسی در دانشگاه شهید بهشتی است. تدریس و ترویج نجوم از فعالیت‌های مورد علاقه اوست.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

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

هنوز در خبرنامه علم‌بازار عضو نشده‌اید؟

برای اطلاع از آخرین اطلاعات و بروزرسانی؛ همچنین رویداد‌های نجومی، پیشنهاد‌های رصدی، تخفیف‌های ویژه و... در خبر نامه ما عضو شوید

You have Successfully Subscribed!