همه چيز در مورد يك سياهچالهسیاه چاله تمرکز عظیمی از جرم است که نیروی جاذبه آن مانع عبور اجسامی که از افق رویداد آن-نه آنهایی که از تونل کوانتومی(شعاع هاوکینگ) می گذرند-می شود.نیروی گرانش آن قدر شدید است که سرعت گریز از افق رویداد آن بیشتر از سرعت نور است.این مطلب بر این دلالت دارد که ...
[ نجوم و اخترفيزيك ]
سياه چاله تمركز عظيمي از جرم است كه نيروي جاذبه آن مانع عبور اجسامي كه از افق رويداد آن-نه آنهايي كه از تونل كوانتومي(شعاع هاوكينگ) مي گذرند-مي شود. نيروي گرانش آن قدر شديد است كه سرعت گريز از افق رويداد آن بيشتر از سرعت نور است.اين مطلب بر اين دلالت دارد كه هيچ چيز حتي نور در افق رويداد سياهچاله قادر نيست از جاذبه آن فرار كند. هر چند ، اين تئوري وجود دارد كه كرم چاله باعث مي شود كه جسمي بتواند از سياه چاله بيرون آيد. واژه سياه چاله گسترده است، بنابراين به يك چاله در معناي حقيقي اشاره نمي كند بلكه به مكاني از فضا اشاره مي كند كه هيچ چيز از آن مكان بيرون نمي آيد. وجود سياه چاله در جهان توسط مشاهدات نجومي به خصوص مطالعه اشعه X بيرون آمده از تششعات فعال كهكشاني و تششعات دودوئي به طور كامل به اثبات رسيده است.
* تاريخچه:
مفهوم جسمي عظيم كه حتي نور نيز نمي تواند از آن فرار كند توسط زمين شناس انگليسي جرج مايكل در سال 1783 در برگه اي كه به جامعه سلطنتي فرستاده شد بيان شده است. در آن زمان نظريه ي گرانشي نيوتون و مفهوم سرعت گريز قطعي و واضح بود. مايكل محاسبه كرد كه روي سطح جسمي با شعاع500 برابر بزرگتر از شعاع خورشيد با همان چگالي خورشيد سرعت گريز برابر سرعت نور است بنابر اين چنين جسمي غير قابل ديدن مي باشد.
طبق گفته ي خود او : اگر شعاع كره اي با چگالي برابر چگالي خورشيد 500 برابر شود و جسمي از ارتفاع نا محدود بر روي آن سقوط كند سرعت سقوط بر روي سطح آن از سرعت نور نيز بيشتر خواهد بود. اگر نور نيز به تناسب جرم سكونش توسط اين نيرو (در مقايسه با نيروي ساير اجسام) كشيده مي شد تمام نوري كه از جسم ساطع مي شد به سبب گرانش زياد به جسم باز مي گشت.
هر چند تفكر او بعيد بود اما مايكل بر اين عقيده بود كه اجسام غير قابل رؤيت بسياري در كيهان وجود دارند.
در سال 1796 رياضي دان فرانسوي پير سامون لپيس مشابه چنين عقيده اي را در كتاب اول و دوم خود سيستم جهان ترويج داد. اين عقيده در كتاب هاي بعدي تكرار نشد. تمام عقيده اي كه در قرن 19 توجه اندكي به آن شد اين بود كه از آن جايي كه گمان مي رفت نور داراي جرمي اندك است نيروي جاذبه تداخلي در آن ندارد.
در سال 1915 انيشتين نظريه ي جاذبه خود را با نام نظريه ي جاذبه عمومي انتشار داد. قبل از آن وي نشان داد كه جاذبه در نور تداخل دارد. چند ماه بعد كارل شوارتسشيلد راه حلي براي مبحث جاذبه چنين اجرامي ارائه داد كه نشان مي داد آنچه را ما اكنون به نام سياه چاله مي شناسيم به طور تئوري امكان وجود دارد. شعاع شوارتسشيلد همان شعاع افق رويداد سياه چاله هاي ساده است كه در گذشته به درستي درك نمي شد.خود شوارتسشيلد وجود آن را به طور فيزيكي قبول نداشت.
در سال 1920 سابراهمان چانداراشكار به اين نتيجه رسيد كه نظريه ي نسبيت خاص بيان مي كند كه يك جسم غير چرخان كه جرم آن 1.44 بار بيشتر از جرم خورشيد است ( اكنون با نام حد شوارتسشيلد شناخته شده است) از آنجائي كه در ان زمان چيزي شناخته نشده بود كه مانع آن شود، متلاشي مي شود . اين نظريه با نظريه ي آرتور ادينگتون كه چيزي اجتناب ناپذير مانع اين متلاشي شدن است در تضاد بود. هر دو نظريه درست بودند. ار آنجايي كه جرم كوتوله ي سفيد از حد چاندارشكار بيشتر بود متلاشي مي شد و يك ستاره ي نوتروني را بوجود مي آورد. هر چند يك ستاره نوتروني با جرم بيشتر از سه برابر جرم خورشيد نيز در برابر متلاشي شدن ناپايدار است.
در سال 1939 رابرت آفنهيمر و اچ-سنيدر پيش بيني كردند كه ستارگان سنگين مي توانند دستخوش يك تلاشي گرانشي مهيج شوند. بر اين اصل سياه چاله ها مي توانند در طبيعت شكل بگيرند.اين اجسام از آنجايي كه تلاشي مي تواند به سرعت كاهش يابد و در نزديكي شعاع شوارتسشيلد به قرمز ميل كند زماني ستارگان يخ زده نماميده ميشدند .رياضيات نشان مي دهند كه بيننده خارجي مي تواند سطح ستاره را زماني كه از آن شعاع عبور مي كند در يك لحظه يخ زده ببيند.هر چند كه اين اجسام نظري تا اواخر سال 1960 آن قدر ها مورد علاقه افراد نبود ، بسياري از فيزيك دانان بر اين عقيده بودند كه اين ويژگي عجيبي از راه حل متانسب پيدا شده توسط شوارتسشيلد است و اين اجسام متلاشي شده در طبيعت سياه چاله را بوجود نمي آورد.
علاقمندي به سياه چاله در سال 1967 به علت فعاليت هاي تجربي و نظري دوباره بالا گرفت. استفان هاكينگ و راجر پنرز ثابت كردند كه سياه چاله ها خصوصيتي عام در نظريه ي گرانشي انيشتين است و نمي توان از اجسام متلاشي شونده دوري جست . علاقمندي ها در كميته نجومي با كشف تپ اخترها دوباره تازه شد. مدت كوتاهي پس از آن استفاده از بيان سياه چاله توسط جان ويلر ابداع شد.اشياء كهن تر نيوتوني مايكل و لاپلاس با نام ستارگان تاريك شناخته مي شوند تا آن ها را از سياه چاله ها س نسبيت عام باز شناسيم.
* شواهد :
يك سياه چاله (شبه آن) با جرم 10 برابر خورشيد كه از 600 كيلومتري راه شيري ديده شده است.( دوربين افقي با زاويه باز 90 درجه)
* شكل:
نسبيت عام( مانند ساير نظريه هاي استاندارد در مورد جاذبه) تنها وجود سياه چاله ها را اعلام نمي كند بلكه در واقع ايجاد آن ها را در طبيعت زماني كه جرم كافي در قسمتي از فضا طي عملي با نام تلاشي جاذبه اي فشرده شود ، پيش بيني مي كند . به عنوان مثال اگر شما خورشيد را طوري فشرده كنيد كه شعاع آن به 3 كيلومتر يعني جهار ميليونيم اندازه اكنونش برسد به سياه چاله تبديل مي شود.هنگامي كه جرم در مكاني از فضا افزايش مي يابد جاذبه ي آن هم شديدتر مي شود – يا در زبان نسبيت فضا در اطراف آن با افزايش ناموزوني همراه خواهد شد. سرانجام جاذبه آن چنان شديد خواهد شد كه چيزي قادر به گريز از آن نخواهد بود ، يك افق رويداد تشكيل مي گيرد و ماده و انرژي به اجبار در طي يك تلاشي تكينه مي شوند.
تحليل مقداري از اين نظريه ما را به اين پيش بيني مي رساند كه بازمانده يك شبه ستاره كه جرمي بيشتر از 3 تا 5 برابر خورشيد داشته باشد ( حد تولهام-آفنهيمر-ولكاف) به علت فشار تبهگني قادر به ماندگاري به صورت ستاره نوتروني نيست و به ناچار در پي يك تلاشي به سياه چاله تبديل مي شود. پيش بيني مي شود كه اين بازمانده هاي شبه ستاره ها با چنين جرمي سرانجام ستاره هايي با جرم 25-30 برابر خورشيد است يا توسط افزايش جرم براي تبديل به يك ستاره نوتروني توليد مي شود.
تلاشي شبه ستاره ها ميتواند سياه چاله هايي را بوجود آورد كه حداقل 3 برابر جرم خورشيد جرم دارند.سياه چاله هاي با جرم كمتر از اين مقدار فقط زماني شكل مي گيرند كه جرم آن ها تحت فشار كافي از منبعي جز جاذبه خودشان قرار گيرد. فشار زيادي كه در مراحل اوليه ي خلقت جهان گمان مي شد احتمالاً نخستين سياه چاله ها را بوجود آورد كه جرمي كمتر از جرم خورشيد داشتند.
اين باور وجود دارد كه سياه چاله هاي بسيار پر جرمتر در مركز اكثر كهكشان ها شامل كهكشان راه شيري خودمان قرار دارند.اين گونه سياه چاله ها داراي جرمي معادل ميليون تا بيليون برابر جرم خورشيد هستند و چند راه براي تشكيل اين گونه سياه چاله ها وجود دارد. يك راه از طريق تلاشي ستارگان خوشه اي چگال است. راه دوم به وسيله ي مقدار زيادي از جرم است كه در حجم كوچك مثل دانه ي سياه چاله تشكيل يافته از شبه ستاره ها متراكم مي شوند . سومين راه از طريق تكرار تركيب سياه چاله هاي كوچكتر است.
سياه چاله هاي با جرم متوسط داراي جرمي بين سياه چاله هاي پر جرم و سياه چاله هاي تشكيل يافته توسط شبه ستاره ها يعني در حدود هزار برابر جرم خورشيد هستند. سياه چاله هاي با جرم متوسط به عنوان منبع احتمالي اشعه هاي بسيار درخشان ايكس پيشنهاد شده است و در سال 2004 اكتشاف به نقطه رسيد كه يك سياه چاله هاي با جرم متوسط به دور سياه چاله پر جرم صورت فلكي قوس 1 ((Sagittarius A* در وسط كهكشان راه شيري مي چرخد. اين اكتشاف انكار شد.
مدل هاي قطعي يكپارچه شده ي چهار نيروي بنيادي به اطلاعات در مورد ميكرو سياه چاله ها در شرايط آزمايشگاهي امكان مي دهد. اين ادعا كه جاذبه با ساير نيرو ها يكپارچه شده با يكپارچگي ساير نيروهااز آنجا كه با انژي پلانك ( كه خيلي بيشتر است) در تضاد است قابل مقايسه است. اين به ما امكان توليد سياه چاله هاي بسيار كوتاه عمر در شتاب دهنده هاي كوچك زميني را مي دهد. هيچ گونه مدرك قطعي از توليد اين گونه سياه چاله در دست نيست در حالي كه يك نتيجه منفي محدوديت فشرده سازي براي اجسام بزرگ ابعاد را از نظريه هاي طولاني و مدل هاي فيزيك بيرون خواهد آورد.
* مشاهدات:
- اطلاعات در مورد تابش بيروني از ديسك به هم فشرده يك سياه چاله:
در نظريات ، هيچ جسمي حتي نور قادر به عبور به بيرون از افق رويداد يك سياه چاله نيست هر چنر سياه چاله ها مي توانند با مقايسه پديده هاي اطراف آن مانند جاذبه هاي ذره بيني ، تابش هاي كيهاني و ستارگاني كه به دور فضايي غير قابل رؤيت مي چرخند مشاهده شوند.
اثر بسيار آشكار از اجسامي است كه درون سياه چاله مي افتند كه پيش بيني مي شود اين اجسام در ديسكي به هم پيوسته بسيار داغ و چرخان جمع مي شوند. اين چسبندگي داخلي ديسك ها سبب گرماي بالا و خروج مقدار عظيمي از اشعه هاي ايكس و فرا بنفش مي شود . اين عمل بسيار مناسب است و 50 درصد انژي جرم سكون را برخلاف تركيبات هسته اي كه مقدار اندكي از جرم را به انژي تبديل مي كنند ، به تششع تبديل مي كند. اثر قابل مشاهده ديگر تابش هاي باريك ذرات در سرعت هاي نسبيتي بر فراز محور هاي ديسك است.
هر چند ديسك هاي به هم پيوسته و اشياي چرخان تنها به دور سياه چاله ها شناخته نشدند و وجود آنها در اطراف اشيايي مثل ستارگان نوتروني و كوتوله هاي سفيد هم مشاهده شده است ، مكانيك حركت اين اشياء نزديك جذب كننده هاي غير سياه چاله ها بسيار شبيه مكانيك حركت اشيا نزديك سياه چاله هاست.اين اكنون يكي از فعالترين و پيچيده ترين مباحث تحقيقي در فيزيك پلاسما و مغناطيس براي پي بردن به آنچه مي گذرد است. از اين رو براي بيشتر قسمت ها ، مشاهده ديسك هاي به هم پيوسته و حركت هاي مداري به ندرت نشان دهنده ي اجسام فشرده با چنان جرم هايي است در حالي كه در مورد طبيعت آن شيء بسيار اندك سخن مي گويد. تشخيص يك شيء به عنوان سياه چاله به فرضيات بيشتري نياز دارد زيرا اشياي ديگر( يا سيستم مرزي اشياء) نمي وتناد اين چنين پر جرم و فشرده باشد. بيشتر متخصصين اخترفيزيك اين مورد را از آنجايي كه بر اساس نسببت عام هر جرم متمركز با چگالي كافي در اثر تلاشي به سياه چاله تبديل مي شود ، قبول دارند .
يكي از مهمترين تفاوت هاي مشاهدات سياه چاله و ساير اشياي پر جرم فشرده اين است كه هر ماده سقوط كننده به درون سرانجام در حالي كه سرعتي نسبيتي دارد در پي تصادم انتشار مي كند همان طور كه انرژي جنبشي به گرمايي تبديل مي شود . به علاوه سوختن گرما هسته اي ممكن است بر روي سطح ساخته شده اجسام رخ دهد. اين عمل اشعه هاي غير عادي بسيار درخشان ايكس و ساير تششعات شديد را توليد مي كند. بدين گونه نداشتن چنين درخشندگيهايي به دور ديسك هاي به هم پيوسته ي جرم بدون سطح كه ماده در آن جا جمع مي شود به عنوان مدركي دال بر وجود سياه چاله است.
اكنون يك اندازه در شواهد تقريبي ستاره شناسي براي طبقه يندي جرمي سياه چاله ها وجود دارد:
- سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره اي با جرم يك ستاره معمولي ( 4 تا 15 برابر جرم خورشيد)
- سياه چاله هاي پر جرم با جرمي بين 105 تا 1010 جرم خورشيد.
در واقع شواهدي هم براي سياه چاله هاي با جرم متوسط كه جرمي بين چند صد تا چند هزار برابر جرم خورشيد دارند وجود دارد . اين سياه چاله ها احتمالاً از منابع انتشار تششعات بسيار درخشان ايكس است
نمونه هاي سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره ها عمدتا با ديسك هاي به هم پيوسته ي با اندازه و سرعت طبيعي و بدون وجود روشنايي غير عادي به جر براي ديسك هاي اطراف اشياي فشرده ، شناخته مي شوند. سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره ها ممكن است عامل نشر اشعه گاما متوالي باشند ،اين باور وجود دارد كه اشعه گاما متوالي كوتاه عمر به سبب تصادم ستاره هاي نوتروني كه با ادغام شدن آن ها سياه چاله ها شكل مي گيرند، نشر مي شوند. مشاهده اشعه گاما متوالي كوتاه عمر بلند با حضور ابرنواخترها موجب نيل به اين نتيجه مي شود كه اشعه گاما متوالي كوتاه عمر بلند به سبب ستارگان تلاشي شونده – ستارگاني پر جرم كه هسته آن ها براي تشكيل دادن يك سياه چاله از طريق كشش ماده احاطه كننده آن متلاشي مي شود- نشر مي شوند.
بنابراين اشعه گاما متوالي كوتاه عمر نشان دهنده تولد يك سياه چاله جديد است كه آن كمكي براي جستجوي سياه چاله هاست.
* نمايشي هنري از ادغام دو سياه چاله
نمونه هاي ستارگان پر جرمتر ابتدا با توجه به تششعات فعال كهكشاني و كوازارها به وسيله ي راديو نجومي در سال 1960 كشف شد. تبديل مقدار كافي جرم به انرژي توسط اصطكاك در ديسك هاي به هم پيوسته ي سياه چاله مي تواند تنها توضيحي براي توليد مقدار زيادي انرژي توسط اين اجسام باشد. در واقع مقدمه اين نظريه در سال 1970 يك مخالفت عمده - كوازارها كهكشان هايي دور هستند يعني هيچ دستگاه فيزيكي قادر به توليد چنين انرژي نيست -را رفع كرد.
بر طبق مشاهدات ستاره هاي محرك به دور مركز كهكشان در سال 1980 اكنون اين باور وجود دارد كه در اكثر مراكز كهكشان ها همچنين كهكشان راه شيري ما سياه چاله وجود دارد. به طور عمده اكنون مورد قبول است كه صورت فلكي قوس 1 ((Sagittarius A* در مركز كهكشان راه شيري مكان يك سياه چاله پر جرم است. مدارهاي (ستاره اي) ستارگاني كه در فاصله ي حدود 3 يا 4 آ. يو ( AU = Astronomical Unit ) از
*Sagittarius A قرار دارند، عدم وجود هر گونه جسم به جز يك سياهچاله در مركز كهكشان راه شيري را تاييد ميكند كه ما را بر اين گمان ميدارد كه قوانين استاندارد كنوني فيزيك صحيح ميباشند.
تابش هاي خارج شده توسط كهكشان M87 در اين تصوير گمان اين را مي برد كه بر اثر يك سياه چاله پر جرم در مركز كهكشان بوجود آمده است.
اين تصوير نشان مي دهد كه ممكن است در مركز تمام كهكشان ها يك سياه چاله پر جرم وجود داشته باشد و اين سياه چاله منتشر كننده مقدار عظيمي امواج گاز و غبار را در مركز كهكشان يكپارچه كرده است. – تا زماني كه تمام جرم فرو برده شود و اين عمل پايان يابد. اين تصوير به زيبايي نشان مي دهد كه چرا هيچ كوازاري وجود ندارد.
هر چنر كه جزئيات به خوبي مشخص نيست گمان مي رود كه رشد سياه چاله به رشد كره اي كه سياه چاله در آن وجود دارد - كهكشان بيضوي يا برآمدگي كهكشان مارپيچي- ارتباط دارد.
در سال 2002 تلسكوپ هابل شواهدي از وجود يك سياه چاله با جرم متوسط در خوشه هاي كروي M15 و G1 بدست آورد . اين شواهد براي سياه چاله ها از سرعت مداري ستاره هاي خوشه هاي كروي بدست آمد هر چند گروهي از ستارگان نوتروني هم چنين شواهدي را موجب مي شوند.
* اكتشافات كنوني :
در سال 2004 منجمان 31 نمونه براي سياه چاله هاي پر جرم با مطالعه كوازارهاي تاريك بدست آوردند. رهبر گروه بيان داشت كه اين مقدار 2 تا 5 برابر تعداد سياه چاله هاي پيش بيني شده بود.
در جون سال 2004 منجمان يك سياه چاله پر جرم را با نام Q0906+6930 در مركز كهكشاني در فاصله 12.7 بيليون سال نوري از ما كشف كردند. اين مشاهده نشان دهنده سرعت تشكيل سياه چاله هاي پر جرم را در اوايل خلقت بيان داشت.
در نوامبر سال 2004 گروهي از منجمان اكتشاف اولين سياه چاله با جرم متوسط را در مركز كهكشان ما بيان داشتند. اين سياه چاله در فاصله 3 سال نوري از صورت فلكي قوس 1 ((Sagittarius A* قرار داشت. اين سياه چاله با جرمي معادل 1300 خورشيدكه در خوشه اي با هفت ستاره قرار داشت احتمالا بقاياي يك ستاره پر جرم خوشه اي است كه به وسيله مركز كهكشاني جداسازي شده است. اين مشاهدات مي تواند تائيد كننده اين عقيده باشد كه سياه چاله هاي پرجرم توسط جذب و بلعيدن سياه چاله هاي كوچك تر و ستارگان نزديك به آن ها رشد مي كنند.
در فوريه سال 2005 يك ستاره آبي رنگ بزرگ با نام SDSS J090745.0+24507 در حالي كشف شد كه كهكشان راه شيري را با دو برابر سرعت گريز ( 0.0022 برابر سرعت نور ) ترك مي كند. مسير اين ستاره ممكن است مركز كهكشان را در پي داشته باشد. سرعت بالاي اين ستاره نظريه ي وجود سياه چاله پر جرم را در مركز كهكشان تائيد مي كند.
شكل ميكروسياه چاله ها در شتاب دهنده هاي كوچك به طور تجربي نه به طور قطعي انتشار يافته است. مدت طولاني است كه نمونه اي براي نخستين سياه چاله مشاهده نشده است.
ويژگي ها و نظريات:
سياهچاله ها به مفهوم نظريه ي عام نسبيت در انحناي فضا-زمان نياز دارند. ويژگي برجسته آن ها بر اساس انحناي هندسي فضاي اطراف آن ها بنا شده است.
افق رويداد :
سطح سياه چاله با نام افق رويداد كه پوسته اي خيالي در اطراف جرم سياه چاله است ، شناخته مي شود. استفان هاوكينگ اثبات كرد كه توپولوژي افق رويداد يك سياه چاله غيز چرخان يك كره است. در افق رويداد سرعت گريز معادل سرعت نور است. از اين گذشته هر چيزي حتي يك فوتون به علت وجود جاذبه شديد در درون افق رويداد يك سياه چاله قادر به گريز از آن نيست. ذرات خارج از اين محدوده مي توانند به درون آن سقوط كنند ، از افق رويداد بگذرند و ديگر هرگز قادر به بيرون آمدن از آن نيستند.
از آنحايي كه بينندگان خارجي به علت نسبيت عام كلاسيك قادر به كاوش درون سياه چاله نيستند سياه چاله ها كلا توسط سه پارامتر نشان داده مي شوند : جرم ، تكانه زاويه اي و بار الكتريكي. اين قوانين توسط جان ويلر در اين جمله خلاصه شد: "سياه چاله مو ندارد. " به اين معني كه هيچ ويژگي به جز جرم ، تكانه زاويه اي و بار الكتريكي وجود ندارد كه بتوان يك سياه چاله را از ديگري تميز داد .
انحناي فضا-زمان و چهارچوب مراجع:
اشيا در ميدان هاي گرانشي كند شدن زمان – اتساع زمان - را تجربه مي كنند. اين پديده به طور تجربي در راكت اسكات در سال 1976 تحقيق شد و براي مثال در سيستم GPS محاسبه شد. در نزديكي افق رويداد اتساع زمان به سرعت رشد مي كند. براي بينندگان دور حركت جسم سقوط كننده كند مي شود و به افق رويداد نزديك مي شود اما هيچ گاه به آن نمي رسد. سرعت هيچ فوتون در حال گريزي كاهش نمي يابد يلكه تنها به قرمز ميل مي كند. از نظر چارچوب مرجع اجسام سقوط كننده جسم از افق رويداد مي گذرد و در مدتي محدود به تكينگي مركز سياه چاله مي رسد.
درون افق رويداد :
فضا-زمان در افق رويداد يك سياه چاله غير چرخان پر نشدهبه علت اين كه تكينگي سرانجام هر چيز است ، داراي ويژگي هاي عجيب است. ينابراين هر ذره اي بدون استثنا به طرف آن مي رود ( پنروز و هاوكاينگ). اين به اين معني است كه يك اشتباه خيالي در مفهوم غير نسبيتي سياه چاله ها همان طوري كه جان مايكل در سال 1783 پيشنهاد كرد وجود دارد. در نظريه ي مايكل سرعت گريز برابر سرعت نور است اما هنوز امكان بيرون كشيدن يك جسم با طناب از سياه چاله وجود دارد. نظريه ي نسبيت عام اين روزنه ها را از بين مي برد زيرا وقتي جسمي درون افق رويداد قرار دارد خط زماني آن در بر دارنده ي نقطه اي پاياني است كه به خود زمان ختم ميشود (يعني اينكه خط زماني آن در انتهاي خودش داراي نقطه اي به نام زمان هست)، و هيچ يك از خط هاي جهان ممكن، قادر به بيرون آمدن از افق رويداد (سياهچاله) نيستند.. يك نتيجه اين است كه خلبان يك راكت قوي كه از افق رويداد عبور كرد و براي گريز از تكينگي تلاش مي كند در چهارچوب خود سريع تر به آن مي رسد زيرا كوتاهترين خط بين دو نقطه (راه غير تكينگي) راهيي است كه زمان مناسب را بيشينه مي سازد.
همان طور كه يك جسم به تكينگي مي رسد به طور شعاعي به سمت سياه چاله كشيده مي شود و عمود بر اين محور فشرده مي شود. اين ويژگي كه با نام رشته درست كردن (spaghettification)- قسمتي از جسم كه نزديك تر به تكينگي است تمايل بيشتري به آن دارد ( سبب كشيدگي در امتداد آن محورمي شود) و تمام قسمت هاي جسم در اين جهت به تكينگي كه تنها در جهت متوسط جسم و درامتداد محور آن جهت گيري مي كند( سبب فشردگي در جهت محور مي شود ) مي رسد - شناخته مي شود به علت نيروهاي جزر و مدي بوجود مي آيد .
* تكينگي:
در مركز سياه چاله ، در درون افق رويداد نسبيت عام حضور يك تكينگي ، مكاني كه انحناي فضا-زمان و نيروي گرانشي نامحدود مي شود ، را پيش بيني مي كند.
تغيير ديدگاه در مورد طبيعت دروني سياه چاله توسط پالايش آينده يا فرماندهي نسبيت عام ( مخصوصا گرانش كووانتومي)مورد انتظار است. اكثر نظريه ها تفسير مي كنند كه معادلات رياضي تكينگي با نظريه هاي اخير ناكامل است و بايد ويژگي جديدي وجود داشته باشد كه به تكينگي نزديك شود.
نظريه ي سانسور كيهاني اثبات مي كند كه تكينگي خالص در نسبيت عام وجود ندارد. اين نظريه مي گويد كه هر تكينگي در يك افق رويداد قرار دارد و نمي تواند كاوش شود.
يك عقيده ديگر اين است كه تكينگي به علت انحناي حباب شكل موضعي در درون ستاره متلاشي شونده، وجود ندارد .
در حالي كه به افق رويداد نزديك مي شويم شعاع از همگرا شدن مي ايستد و موازي با افق قرار مي گيرد و شروع به انشعاب يافتن در درون آن مي كند. علت يك كرم چاله( از بيرون به درون) را در همسايگي افق- در حالي كه افق گردنه آن است- به ياد مي آورد .
· سياه چاله هاي چرخان :
تصور هنرمند از سياه چاله و همدم نزديك به آن كه يك ستاره چرخان است كه حد شعاع مداري ستاره (Roche limit ) را افزايش مي دهد. اجسام سقوط كننده يك ديسك به هم پيوسته را شكل مي دهد كه برخي از مواد از آن مانند تابش متقارن پر انرژي خارج مي شود.
بر طبق نظريات افق رويداد يك سياه چاله غير چرخان يك كره است و تكينگي آن ( به طور غير رسمي) يك نقطه است. اگر سياه چاله حركت مداري داشته باشد ( از ستاره اي در حال تلاشي كه به دور خود مي چرخد اين خصوصيت را گرفته باشد) شروع به كشيدن فضا-زمان به دور افق رويداد -در طي پديده كشيدن چهار چوب- مي كند . اين گردش فضا به دور افق رويداد را كره كار(ergosphere ) گويند و شكل بيضوي دارد. از آنجا كه كره كار بيرون افق رويداد قرار دارد اشيا مي توانند بدون سقوط در درون چاله وجود داشته باشند. هرچند كه خود فضا-زمان درون كره كار حركت مي كند اشيا نمي توانند در جايي ثابت حضور داشته باشند. اشيايي كه در كره كار وجود دارند ميتوانند در برخي محيط ها با سرعت بالا به بيرون پرتاب شوند و انرژي ( و حركت مداري) از چاله خارج كنند از اين رو نام كره كار ( كره ي كار) به علت توانايي در انجام كار انتخاب شده است.
تكينگي درون يك سياه چاله چرخان مانند يك حلقه است.براي بيننده امكان گريز از آن وجود دارد براي مثال پيشرفت در جهت محورهاي سياه چاله . هر چند گريز از افق رويداد يك سياه چاله امكان پذير نيست.
· ترموديناميك (آنتروپي) و تششعات هاوكينگ:
در سال 1971 استفان هاوكينگ نشان داد كه كل فضاي افق رويداد هيچ سياه چاله كلاسيكي نمي تواند هيچ گاه كاهش يابد.اين گفته مشابه قانون دوم ترموديناميك است در حالي كه فضا نقش متغير ترموديناميك ( آنتروپي ) را بازي مي كند. كسي مي تواند قانون دوم ترموديناميك را توسط موادي كه به سياه چاله وارد شده و از جهان ما ناپديد مي شود و آنتروپي كل جهان را كاهش مي دهند ، نقض كند . از اين گذشته جاكوب بكنستين وجود يك آنتروپي متناسب با افق رويداد را براي سياه چاله ها پيشنهاد كرد. از آن جايي كه سياه چاله ها واقعا تششع تابش نمي كنند ديدگاه ترموديناميك آن تنها يك توافق است. هر چند در سال 1974 هاوكينگ نظريه ي مبدان كووانتومي را براي منحني فضا-زمان به دور افق رويداد به كار برد و كشف كرد كه سياه چاله ها تششعات هاوكينگ ( نوعي تششع حرارتي) ساطع مي كنند با استفاده از قانون اول مكانيك سياه چاله ها او به اين نتيجه رسيد كه آنتروپي يك سياه چاله يك چهارم فضاي افق است. اين يك نتيجه جهاني است و مي تواند به ساير افق هاي كيهان شناسي مانند de Sitter space (در رياضيات و فيزيك يكي از فضاهاي n بعدي هست كه به صورت dSn شناخته ميشود. اين فضا آنالوگي لورنتزي از يك n كره اي نيز هست.) هم اختصاص يابد. يعد ها پيشنهاد شد كه سياه چاله ها اشاي ماكزيمم-آنتروپي هستند به اين معني كه بالاترين آنتروپي مكاني از فضا اختصاص يه سياه چاله اي دارد كه در آن فضا مي تواند قرار گيرد. اين پيشنهاد منجر به قانون دست نويس (holographic principle) شد.
تابش هاي هاوكينگ تنها از بيرون افق رويداد سرچشمه مي گيرد و به تازگي درك مي شود همچنين اين تابش ها هيچ اطلاعيي از درون خود نمي دهند زيرا كه تابش هايي گرمايي هستند. اين به اين معني است كه سياه چاله ها به طور كامل سياه نيستند: اين اثر نشان مي دهد كه جرم سياه چاله با گذشت زمان تبخير مي شود. هر چند كه اين آثار براي سياه چاله هاي نجومي ناچيز است براي سياه چاله هاي فرضي خيلي كوچك كه اثر مكانيك كووانتومي بر آن حاكم است ، پر معناست. در واقع پيش بيني مي شود سياه چاله هاي كوچك تبخير گريزاني را تحمل مي كنند و در تابش هاي متوالي نا پديد مي شوند. از اين رو سياه چاله اي كه نمي تواند جرم جديدي را مصرف كند عمر محدودي متناسب با جرمش دارد .
يگانگي سياه چاله :
يك سوال آزاد در فيزيك بنيادي پارادوكس از دست دادن اطلاعات يا پارادوكس يگانگي سياه چاله است. به طور كلاسيكي، قانون هاي فيزيك همان چيزي است كه نشان داده ميشود يا برعكس. براي اين ، اگر اگر مكان و سرعت هر چيزي در فضا اندازه گيري مي شد مي توانستيم (بدون رعايت بي نظمي) تاريخچه جهان را در هر گذشته دلخواه كشف كنيم. در مكانيك كووانتومي اين برابر است با خاصيت حياتي با نام يگانگي كه با محافظت احتمالات عمل مي كند. البته سياه چاله ها از اين قانون مستثني هستند . به علت فرضيه ي بدون مو نمي توانيم هيچ گاه پيش بيني كنيم چه چيزي وارد يك سياه چاله شد. اطلاعات ظاهرا نابود شده است و راهي براي بازسازي مواد وارد شده به سياه چاله وجود ندارد. اين يكي از مهمترين مسائل تصوري حل نشده در جاذبه ي كووانتومي است.
در 21 جولاي 2004 استفان هاوكينگ استدلال جديدي را ارائه كرد كه سياه چاله ها سرانجام اطلاعاتي در مورد اشياي بلعيده شده توسط خود را يا برگرداندن مكان سابق اشياي تلف شده ساتع مي كنند. او پيشنهاد كرد كه انحراف كووانتومي افق رويداد كه بعد ها تحت تاثير تششعات هاوكينگ قرار مي گيرد ، مي تواند به اطلاعات اجازه خروج از سياه چاله را بدهد. اين نظريه تا اكنون توسط انجمن علمي بازبيني نشد و اگر پذيرفته مي شد به معني حل مسئله پارادوكس اطلاعاتي سياه چاله بود . در ضمن اين آگهي توجه بسياري را در رسانه ها به خود اختصاص داد.
* مدل هاي ديگر :
بسياري از مدل هاي ديگر كه رفتاري مانند سياه چاله دارند اما تكينگي در آن ها وجود ندارد ، مورد گمان است. اما اكثر پژوهش گران بر غير واقعي بودن اين عقايد نظر دارند زيرا اين عقايد در حين پيچيدگي مفهوم قابل مشاهده متاوتي از سياه چاله ها بدست نمي دهند. نظريه ي متفاوت برتر نظريه ي گروستار(Gravastar) است.
در مارس 2005 فيزيك دان جرج چاپلين در آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور ( Lawrence Livermore ) كاليفرنيا عدم وجود سياه چاله را پيشنهاد كرد . وي اذعان داشت اشيايي كه گمان مي شد سياه چاله هستند در واقع ستاره هاي با انرژي تاريكند. او اين نتيجه را با تجزيه ي مكانيك كووانتومي بدست آورد. هر چند پيشنهاد اخير وي حمايت اندكي در كميته ي فيزيك بدست آورد به طور گسترده توسط رسانه ها گزارش شد.
در ميان نمونه هاي ديگر خوشه هاي اجرام ابتدايي ( مانند ستاره هاي بوزوني ، گلوله هاي فرميوني ، خود جاذبه اي ، نوترينو هاي رو به زوال سنگين) و حتي خوشه هاي اجرام سبك ( كمتر از 0.04 برابر جرم خورشيد) و سياه چاله وجود دارد.
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)