سیاه‌چاله‌ای که اولین تصویر از آن منتشر شده چیست؟

دوات آنلاین-خبر ساعت 5:30 عصر چهارشنبه 21 فروردین ماه کوتاه بود و یک عکس داشت. عکسی شبیه یک دونات نارنجی در پس زمینه‌ای سیاه رنگ. همیشه درباره‌اش می‌گفتند چون تاریک است، قابل مشاهده نیست. فکر نمی‌کردیم هیچ وقت هیچ عکسی از آن ثبت بشود اما حالا همین عکس شده است شانس جدی دریافت نوبل فیزیک امسال. سیاهچاله‌ها همیشه به دلیل ماهیت مرموز و ناشناخته‌شان مورد بحث و پرسش بوده‌اند. مفهومی که خیلی‌ها، آن را بیشتر تخیلی و نه علمی می‌دانستند و هر وقت نامی از آن می‌شنیدند، خرده می‌گرفتند که درباره چیزی که حتی دیده نمی‌شود چطور این همه نظریه و حرف وجود دارد.

تا امروز تمام تصاویری که از سیاهچاله‌ها در اینترنت پیدا می‌شد، تصاویر شماتیکی بود که با اطلاعات دانشمندان و تخیلات گرافیست‌ها شکل گرفته بود. عکس‌هایی خوش آب و رنگ از چیزی که «اینشتین» و «استیون هاوکینگ» درباره‌اش حرف‌ها و نظریات زیادی داشتند. حالا اما این تصویر تار و کم رنگ شاید به اندازه تصویرهای ساختگی توجه‌مان را جلب نکند اما واقعی‌ترین چیزی است که از سیاهچاله‌ها داریم. تصویری که از آن در آستانه پنجاه و هشتمین سالگرد فتح فضا توسط انسان به دست آمد و احتمالا مقدمه‌ای برای کشف شگفتی‌های جدید درباره کیهان خواهد بود. 58 سال پیش در این روزها بشر توانست به فضا برود و حالا عکسی از رمزآمیزترین جرم کیهان گرفته است. در این پرونده درباره سیاهچاله‌ها، ماهیت‌شان و تلسکوپ‌هایی که توانستند این عکس مهم و تاریخی را ثبت کنند برای شما می‌گوییم.

ما چه زمانی و چطور سیاهچاله‌ها را شناختیم؟

در حقیقت سیر کشف سیاهچاله‌ها طوری بود که خود دانشمندان را دچار حیرت کرد. مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از جاذبه‌اش بگریزد، نخستین بار از سوی زمین‌شناسی به نام «جان میشل» در سال ۱۷۸۳ مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت فرار شناخته شده بود. طبق محاسبات «میشل» اگر جسمی را با شعاع خورشید اما چگالی پنج هزار برابر فرض کنیم آن گاه دقیقا یک سیاهچاله داریم.

نام گذاری که برازنده سیاهچاله است!

به عبارتی برای تبدیل شدن یک ستاره به سیاهچاله لازم است مواد بر اثر گرانش شدید و فروریزش، در ابعاد بسیار کوچکی قرار گیرند. این اندازه و ابعاد، محاسبات مشخصی دارد. در این حالت سطح جسم بسیار سنگین و چگال سرعت فرار بیشتر از سرعت نور خواهد بود بنابراین غیرقابل مشاهده است. به معنای ساده تر نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند و جذب گرانش شدید سیاهچاله می‌شود. پس با یک جسم سیاه مرموز طرف هستیم که نامش واقعا برازنده‌اش است! بعد از آن یک ریاضی دان در کتاب خودش از خواص احتمالی اجرام بسیار چگال گفت در حالی که جامعه علمی به آن اعتنایی نکرد چون فیزیک دان‌ها نمی‌‌توانستند درک کنند که نور که یک موج و بدون جرم است، چگونه ممکن است تحت تأثیر نیروی گرانش قرار گیرد. کم کم با پا گذاشتن نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین به عرصه علم، دانشمندان توانستند برای سیاهچاله‌ای که به شدت برای‌شان مبهم بود، خواص و ویژگی‌های مشخصی تعریف کنند. بعد از آن در سال 1960 با کمک ریاضی‌دان‌ها و فیزیک دان‌ها بالاخره مشخص شد که واقعا سیاهچاله‌ها وجود دارند و خواصی که برای‌شان پیش‌بینی شده بود، درست است.

مورد عجیب ستاره‌های کهنسال و سنگین وزن

سیاهچاله‌ها هر قدر هم حیرت‌آور و شگفت‌انگیز باشند اما باید باور کنید که زمانی برای خودشان ستاره‌ای بوده اند. افرادی که کمی با دنیای نجوم آشنا هستند، می‌دانند ستاره‌ها هم مثل ما آدم‌ها زندگی می‌کنند یعنی متولد می‌شوند، دوره کودکی و نوجوانی را پشت سر می گذارند بیشترین سال های زندگی شان در دوره جوانی می گذرد و کم کم می‌افتند توی سرازیری عمرشان و میان‌سالی و پیری را تجربه می‌کنند. فقط نکته مهم این جاست که دوره‌های مختلف زندگی‌شان و این که عمرشان چقدر باشدو چطور بگذرد به جرم‌شان بستگی دارد.

اگر سنگین وزن باشند و پر جرم، سال‌های پایانی حیات‌شان بسیار پر حادثه و هولناک است. ستاره‌ها، راکتورهای همجوش عظیمی هستند که در خود می‌جوشند و به دو دلیل تمایل بسیار زیادی برای فروپاشی دارند؛ به شدت بزرگ هستند و از گاز تشکیل شده اند. این دو عامل کافی است تا میدان گرانشی شدیدی شکل بگیرد و ستاره را از درون منهدم کند. بار دیگر که خورشید را در آسمان دیدید، به این فکر کنید که همان لحظه در سطح خورشید میلیون‌ها اتم در حال همجوشی با یکدیگر هستند تا هسته اتم‌های سنگین‌تر را بسازند و هر چه این فعالیت ادامه می‌یابد، خورشید پیرتر و پیرتر و به روزهای نهایی عمرش نزدیک تر می‌شود تا در نهایت سوخت اش تمام شود. به محض این‌که ستاره از پای در می‌آید، واکنش همجوشی هسته‌ای متوقف می‌شود چراکه سوخت مد نظر دیگر تمام شده و چیزی برای سوختن و انفجار وجود ندارد.

در همین حال، نیروی انفجاری به صفر می‌رسد اما نیروی جاذبه سر جای خود باقی است. بنابراین با قدرت هرچه تمام‌تر ستاره را به درون می‌کشد. وقتی ستاره فشرده می‌شود، به تدریج داغ و منفجر می‌شود که طی آن مواد و اشعه‌ها به درون فضا پرتاب می‌شوند. آن چه باقی می‌ماند، هسته ای بسیار فشرده و عظیم است. گرانش هسته به قدری بالاست که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند.

چند عدد جالب درباره سیاهچاله تازه کشف شده

8 تلسکوپ، 7 سال تلاش و یک عکس

نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی کرده بود که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود. مرز این ناحیه از فضا – زمان را که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد، افق رویداد می‌نامند. عکس خبرساز این روزها هم از دل پروژه‌ افق رویداد بیرون آمد که اطلاعاتی درباره این پروژه خواهید خواند.

7-هفت سال داده‌گیری از مرکز کهکشان همسایه: پروژه عکس‌برداری از سیاهچاله‌ها از سال ۲۰۱۲ با هدف مشاهده مستقیم آن‌ها شروع شد. ابتدای کار، دو سیاهچاله برای تصویربرداری مد نظر بودند. یکی سیاهچاله موجود در مرکز کهکشان راه شیری و دیگری سیاهچاله واقع در مرکز کهکشان همسایه به نام M87 اما به دلیل فعالیت شدید سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری امکان تصویربرداری آن وجود نداشت. بنابراین سیاهچاله M87  در محوریت پروژه قرار گرفت.

6.5-شش و نیم میلیارد برابر جرم خورشید: تلسکوپ افق رویداد ، یک آرایه بزرگ تلسکوپی در کشورهای مختلف جهان است که برای این پروژه تدارک دیده شده بود. داده های به دست آمده در این پروژه چیزی در حدود پنج میلیون گیگابایت بود که از تلسکوپ هایی در آریزونا، هاوایی، شیلی، مکزیک،اسپانیا و قطب جنوب به دست آمده بود. سیاهچاله ای که بالاخره تصویرش ثبت شد، حدود 6.5 میلیارد برابر خورشید جرم دارد.

2- دو رنگ با دو مفهوم متفاوت: بخش روشن تر به رنگ نارنجی، نشان دهنده موادی است که در دام گرانش سیاهچاله گرفتار شده اند، ناحیه ای قرص مانند از گاز داغ چرخان به گرد سیاهچاله. این تصویر شاید در نگاه اول بسیار غیر واضح و معمولی به نظر برسد اما طبق گفته «کارلوس موداس» مدیر پروژه افق رویداد، تاریخ علم و انسان شناسی به دو دوره قبل و بعد این تصویر تقسیم می‌ شود.

40-چهل میلیارد کیلومتر قطر سیاهچاله: قطراین سیاهچاله نزدیک به 40 میلیارد کیلومتر است، چیزی در حدود سه میلیون برابر قطر زمین. این ابعاد از کل منظومه شمسی ما هم بزرگ تر است که باور کردنش هم سخت است! تصویر به دست آمده از سیاهچاله مرکز کهکشان، بخشی سیاه رنگ دارد که دقیقا همان مرز افق رویداد و خود سیاهچاله است.

منبع: خراسان/ مریم ملی- دانش آموخته کارشناسی ارشد اختر فیزیک