۶ سوال درباره سیاهچاله‌ها و پاسخ آن‌ها
سیاهچاله‌ها یکی از رمزآلوترین و جذاب‌ترین اجرام کیهانی هستند. اجرامی بسیار چگال که نیروی گرانش‌شان آن‌قدر قدرتمند است که هیچ چیز، حتی نور که سریع‌ترین موجود عالم است، توان فرار از نیروی گرانش آن‌ها را ندارد. اجرامی آسمانی که می‌توان علاوه بر اخبار و مقالات علمی نام آن‌ها را در میان گفتگوهای روزمره مردم نیز شنید.
تنها حدود صد سال از شکل‌گیری مفهومی به نام سیاهچاله می‌گذرد. سیاهچاله ابتدا از دل معادلات فیزیک پدید آمد. پس از آن سال‌ها طول کشید تا دانشمندان نشانه‌هایی غیرمستقیم از وجود سیاهچاله‌ها را مشاهده کنند. در سال جاری میلادی اما بالاخره اولین تصویر مستقیم از افق رویداد یک سیاهچاله در جریان پروژه «تلسکوپ افق رویداد» ثبت شد. خبری که به تیتر اول بسیاری از رسانه‌های معتبر جهان تبدیل شد و توجه عموم مردم را به خود جلب کرد. چرا که بالاخره تصویری واقعی از آن‌چه سال‌ها درباره آن خوانده بودیم و تصور ما از آن تنها به شبیه‌سازی‌ها و تصویرسازی‌ها محدود می‌شد ثبت شد.
بدون شک سوالات بسیاری درباره سیاهچاله‌ها در ذهن علاقه‌مندان به علم وجود دارد که در این مقاله به طور اجمالی به برخی از آن‌ها پاسخ می‌دهیم.
اولین تصویر از افق رویداد یک سیاهچاله.
Credit: EHT Collaboration
۱. اگر نمی‌توانیم سیاهچاله‌ها را ببینیم اطلاعات‌مان از این اجرام را چگونه به دست می‌آوریم؟
مرز سیاهچاله با فضای اطرافش با عنوان افق رویداد شناخته می‌شود. جایی که با گذر از آن دیگر راه برگشتی وجود ندارد؛ حتی برای نور، سریع‌ترین موجود عالم. با این حال اخترشناسان می‌توانند با استفاده از تلسکوپ‌هایی در طول موج‌های مختلف محیط اطراف سیاهچاله‌ها را زیر نظر بگیرند. دمای موادی که در اطراف سیاهچاله‌ها جای گرفته‌اند به میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد می‌رسد. دمای زیاد این مواد باعث تابش آن‌ها در طول موج پرتو ایکس می‌شود که تلسکوپ‌های پرتو ایکس توان ثبت آن را دارد.
از سوی دیگر ثبت اثرات گرانش قدرتمند سیاهچاله‌ها روی ستاره‌ها و دیگر اجرام قابل بررسی است و با این روش نیز می‌توان به اطلاعاتی از سیاهچاله‌ها دست پیدا کرد. به طور مثال در مرکز کهکشان راه شیری ستاره‌هایی وجود دارند که با سرعتی قابل توجه به دور یک جرم ناپیدا در حال گردش هستند. جرم ناپیدایی که در واقع ابرسیاهچاله مرکز کهکشان ما است.
۲. چرا هیچ چیز توان گریز از گرانش سیاهچاله را ندارد؟
سرعت فرار یا سرعت گریز یک مفهوم فیزیکی است که بیان‌گر حداقل سرعت لازم برای فرار از گرانش یک جرم است. به طور مثال برای رهایی از گرانش سیاره زمین و رسیدن به فضا حداقل سرعتی که فضاپیما باید به آن برسد چیزی در حدود ۱۱/۱۸۶ کیلومتر بر ثانیه است. سرعت فرار رابطه‌ی مستقیمی با جرم دارد. بنابراین هر چه جرم سوژه‌‌ی مورد نظر بیشتر باشد سرعت لازم برای فرار از گرانش آن نیز بیشتر خواهد بود. از سویی دیگر فاصله‌ی جسم پرتاب‌شونده از مرکز جرم مورد نظر هم در سرعت فرار تاثیرگذار است. به طور مثال اگر سیاره‌ای با جرم برابر با زمین اما قطر نصف سیاره ما وجود داشته باشد سرعت فرار در آن سیاره بیشتر از زمین خواهد بود.
حال اگر فرمول‌های محاسبه سرعت فرار را برای سیاهچاله‌ها به کار ببریم به این نتیجه خواهیم رسید که سرعت فرار برای این اجرام از سرعت نور هم بیشتر است! پس هیچ چیز پس از گذر از افق رویداد و وارد شدن به سیاهچاله توان خروج از آن را نخواهد داشت.
۳. سیاهچاله‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟
دسته‌ای از سیاهچاله‌ها که به سیاهچاله‌های ستاره‌ای معروف هستند پس از پایان زندگی ستاره‌های پرجرم شکل می‌گیرند. زمانی که زندگی ستاره با انفجار ابرنواختری به پایان می‌رسد و پس از آن، و در صورت کافی بودن جرم ستاره، سیاهچاله متولد می‌شود. علاوه بر این برخورد ستاره‌های نوترونی با یک‌دیگر نیز می‌تواند منجر به شکل‌گیری سیاهچاله‌ها شود. از سویی دیگر برخورد یک ستاره نوترونی با یک سیاهچاله می‌تواند یک سیاهچاله‌ی پرجرم‌تر را شکل دهد. چنین برخوردهایی باعث انتشار امواجی موسوم به امواج گرانشی نیز می‌شود.
اما دنیای سیاهچاله‌ها تنها به سیاهچاله‌های ستاره‌ای محدود نمی‌شود. ابرسیاهچاله‌ها دسته‌ای دیگر از این اجرام هستند که در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند و جرم‌شان به میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر جرم خورشید می‌رسد. چگونگی شکل‌گیری چنین سیاهچاله‌های پرجرمی هنوز به طور دقیق مشخص نیست و یکی از مهم‌ترین سوالات پیش روی دانشمندان در این زمینه است.
۴. اخترشناسان چگونه جرم سیاهچاله‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند؟
سنجش جرم سیاهچاله‌ها با بررسی حرکت ستاره‌های اطراف آن‌ها ممکن است و با بررسی سرعت حرکت ستاره‌ها و یا دیگر اجرام اطراف یک سیاهچاله می‌توان به جرم آن پی برد.
۵. اگر خورشید ناگهان به یک سیاهچاله تبدیل شود چه اتفاقی می‌افتد؟
واقعیت این است که خورشید هیچ‌گاه به سیاهچاله تبدیل نخواهد شد. چرا که جرم خورشید به اندازه‌ای نیست که زندگی‌اش با انفجار ابرنواختری و تبدیل شدن به سیاهچاله به پایان برسد.
خورشید، تک‌ستاره منظومه شمسی.
اما اگر فرض کنیم که خورشید ناگهان به سیاهچاله‌ای با همین جرم کنونی‌اش تبدیل شود هیچ اتفاق خاصی در مدار سیارات منظومه شمسی رخ نخواهد داد! چرا که جرم ثابت است و در پی آن نیروی گرانش نیز تغییر نخواهد کرد. از سویی دیگر با توجه به جرم کم خورشید افق رویداد این سیاهچاله فرضی بسیار نزدیک به مرکز جرم خواهد بود و هیچ کدام از اجرام منظومه شمسی را تحت تاثیر خود قرار نخواهد داد. با این حال بدون شک خاموش شدن تک ستاره منظومه شمسی به پایان حیات در زمین منجر خواهد شد! نکته‌ی جالب دیگر آن که با توجه به فاصله خورشید از ما و محدودیت سرعت نور، حدود هشت دقیقه طول خواهد کشید که ما در زمین متوجه خاموش شدن خورشید شویم!
۶. دورترین سیاهچاله‌ی کشف شده در چه فاصله‌ای از ما قرار دارد؟
دورترین سیاهچاله‌ای که اخترشناسان موفق به آشکارسازی آن شده‌اند در فاصله ۱۳/۱ میلیارد سال نوری از زمین واقع شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهند که سن عالم چیزی در حدود ۱۳/۸ میلیارد سال است. بنابراین این سیاهچاله تنها حدود ۷۰۰ میلیون سال پس از مهبانگ در عالم وجود داشته است.
عکس کاور: طرحی گرافیکی از یک سیاهچاله و محیط اطراف آن.
