مترجم: معصومه یوسفی

در چند جمله كوتاه میتوان گفت، سیاهچاله ناحیه ای از فضاست كه مقدار بسیار زیادی جرم در آن تمركز یافته و هیچ شیئی نمی تواند از میدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترین تیوری جاذبه در حال حاضر تیوری نسبیت عام انیشتن است،در مورد سیاهچاله و جزییاتش باید طبق این تیوری تحقیق و نتیجه گیری كنیم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرایط ساده تر آغاز می كنیم.

فرض كنید روی سطح یك سیاره ایستاده اید. یك سنگ را به سمت بالا پرتاب می كنید. با فرض اینكه آن را خیلی خیلی محكم پرتاب نكرده باشید برای مدتی به سمت بالا حركت می كند و نهایتا شتاب جاذبه باعث می شود به پایین سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ی لازم محكم پرتاب كرده باشید می توانید آن را به كل از جاذبه سیاره خارج كنید و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتی كه لازم است تا یك شیی را از حاذبه سیاره خارج كند سرعت فرار یا سرعت گریز نام دارد. همانطور كه انتظار می رود سرعت فرار به جرم سیاره بستگی دارد. اگر سیاره ای جرم زیادی داشته باشد كشش جاذبه آن زیاد خواهد بود و نتیجتا سرعت فرار آن بیشتر خواهد شد. سیاره سبكتر سرعت فرار كمتری خواهد داشت. همچنین سرعت فرار به فاصله از مركز سیاره نیز بستگی دارد. هر چه به مركز سیاره نزدیك تر شویم سرعت فرار نیز بیشتر می شود.

سرعت فرار زمین Km/s 11.2 یا m/h 25000 است. در حالی كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 یا m/h 5300 است.

حال یك جرم بسیار زیاد را كه در یك ناحیه با شعاع بسیار كوچك تمركز یافته تصور كنید. سرعت فرار چنین ناحیه ای از سرعت نور بیشتر خواهد بود و چون هیچ شییی نمی تواند سریعتر از نور سیر كند پس هیچ شییی نمی تواند از میدان جاذبه چنین ناحیه ای خارج شود ، حتی یك دسته پرتو نور.

ایده تفكر در مورد جرمی چنان چگال كه حتی نور نیز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقریبا بلافاصله پس از بیان نظریه نسبیت عام توسط انیشتین ، كارل شوارتز شیلد یك راه حل ریاضی برای معادلات تیوری این اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصی چون اپنیمر و ولكف واشنایدر در دهه 1930 به طور جدی درباره امكان وجود چنین نواحی در عالم به تحقیق پرداختند. این پژوهشگران نشان دادند، هنگامی كه محتویات سوخت یك ستاره پرجرم به پایان می رسد، نمی تواند در مقابل جاذبه درونی خود مقاومت كند و به صورت یك سیاهچاله در خود فرو می ریزد.

در نسبیت عام جاذبه از عوامل انحراف فضای 4 بعدی است. اشیاء بسیار پرجرم باعث انحرافات محورهای زمان و فضا می شوند در حدی كه قوانین هندسی اعتبار خود را از دست می دهند و به كار نمی آیند. این انحراف در اطراف یك سیاهچاله بسیار چشمگیر است و باعث می شود كه سیاهچاله ها خصوصیات عجیبی داشته باشند. هر سیاهچاله چیزی به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحی كروی است و مرز سیاهچاله را مشخص می كند. شما می توانید وارد این افق شوید اما نمی توانید از آن رهایی یابید. در حقیقت وقتی وارد افق شدید محكوم به نزدیك و نزدیك تر شدن به مركز سیاهچاله هستید.

درباره افق می توان این تصور را داشت كه افق جایی است كه در آن سرعت گریز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گریز كمتر از سرعت نور است. بنا بر این در صورتی كه راكت های شما به اندازه كافی انرژی داشته باشند می توانید از افق دور شوید اما وقتی وارد افق شدید راهی برای خروج ندارید. افق خصوصیات هندسی عجیبی دارد، برای یك ناظر كه فاصله زیادی از سیاهچاله دارد، افق جای خوبی به نظر می رسد كه كروی و ساكن است. اما در صورتیكه به سیاهچاله نزدیك شوید متوجه خواهید شد افق با سرعت بسیار زیاد و یا در حقیقت با سرعت نور به سمت بیرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بیرون گسترش می یابد، پس برای خروج از افق باید سرعتی بیش از سرعت نور داشته باشیم. و چون می دانیم كه نمی توانیم با سرعتی بیش از سرعت نور سیر كنیم پس هیچ گاه نخواهیم توانست از سیاهچاله فرار كنیم.

اگر این مطالب بسیار عجیب به نظر می رسند، نگران نباشید، واقعا عجیب هستند. افق از جهتی ثابت و از جهتی نا پایستار است. این مطلب تا حدی شبیه به داستان آلیس در سرزمین عجایب است. او باید تا جایی كه می توانست سریع حركت می كرد تا می توانست در یك جا بماند.

در درون افق فضا در حدی منحرف می شود كه مختصات طول و زمان جایشان عوض می شود به این معنی كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سیاهچاله كه r نام دارد، یك مختص زمانی و t یك مختص فضایی می شود. نتیجه این جابجایی این است كه نمی شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگیری كرد، مشابه شرایط معمولی كه از رسیدن به آینده گریزی نیست (یعنی به طور معمول t در حال افزایش است) در نهایت باید به مركز جایی كه r = 0 است برسیم. ممكن است فكر كنید با روشن كردن راكت ها می توان از افق خارج شد، اما این كار نیز بیهوده است. از هر ماده ای كه استفاده كنید، نمی توانید از آینده خود گریزی داشته باشید. پس از وارد شدن به افق، تلاش برای دور شدن از مركز سیاهچاله درست مثل تلاش برای نرسیدن به پنجشنبه آینده است.

نام سیاهچاله را برای اولین بار جان آرچیبالد ویلر پیشنهاد داد كه نام مناسبی به نظر می رسید، چون از نام های پیشنهادی قبل از خودش جذاب تر بود. پیش از ویلر از این نواحی با عنوان ستاره های منجمد یاد می شد. در ادامه توضیح خواهم داد كه چرا این نام را به آن ها داده بودند.

سیاهچاله چه اندازه ای دارد؟

اندازه هر چیز دو جنبه دارد. در اولین جنبه می گوییم این جسم چه میزان جرم دارد و در جنبه دیگر آن را از نظر حجم بررسی می كنیم. ابتدا درباره جرم سیاهچاله بحث می كنیم.

برای میزان جرم یك سیاهچاله محدودیتی وجود ندارد. هر مقدار جرمی درصورتی كه به اندازه كافی چگال باشد می تواند سیاهچاله تشكیل دهد. حدس می زنیم كه سیاهچاله های موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكیل یافته اند، بنا بر این باید به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم یك سیاهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشید است، یعنی جرمی معادل 10 به توان 31 كیلوگرم.

هر چه جرم سیاهچاله بیشتر باشد فضای بیشتر اشغال خواهد كرد. در حقیقت شعاع شوارتز شیلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقیم دارند. اگر سیاهچاله ای 10 برابر یك سیاهچاله دیگر جرم داشته باش، شعاعش نیز 10 برابر دیگری خواهد بود. شعاع سیاهچاله ای هم جرم خورشید 3 كیلومتر است. بنا بر این، اگر سیاهچاله ای 10 برابر خورشید جرم داشته باشد شعاعش 30 كیلومتر خواهد بود و سیاهچاله ای كه در مركز یك كهكشان با جرم یك ملیون برابر خورشید 3 میلون كیلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است این مقدار شعاع زیاد به نظر برسد ولی با استانداردهای نجومی خیلی هم عجیب نیست. به عنوان مثال شعاع خورشید 700000 كیلومتر است و یك سیاهچاله بسیار بسیار سنگین شعاعی فقط در حدود 4 برابر خورشید دارد.

در صورت سقوط در سیاهچاله چه بلای به سرم می آید؟

فرض می كنیم در داخل یك فضا پیما به سمت یك سیاهچاله با جرم یك ملیون برابر خورشید در مركز كهكشان راه شیری در حال حركت هستید. (بحث های زیادی در مورد وجود سیاهچاله در مركز كهكشان راه شیری وجود دارد. اما فرض می كنیم حداقل برای چند ثانیه این سیاهچاله موجود باشد.) از فاصله دور راكت ها را خاموش كرده اید و به سمت سیاهچاله سرازیر می شوید. چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در ابتدا هیچ جاذبه ای را حس نخواهید كرد چون در حال سقوط آزاد هستید، همه قسمتهای بدنتان به یك صورت كشیده خواهند شد و احساس بی وزنی خواهید كرد (این دقیقا همان چیزی است كه در مدار زمین برای فضا نوردان اتفاق می افتد. با این حال نه فضا نورد و نه شاتل هیچ نیروی جاذبه ای را حس نمی كنند.) همین طور كه به مركز سیاهچاله نزدیك و نزدیك تر می شوید نیروهای جاذبه جزر و مدی را بیشتر حس خواهید كرد. فرض كنید پاهایتان نسبت به سرتان در فاصله كمتری از مركز سیاهچاله قرار گرفته باشد. نیروی جاذبه با نزدیك شدن به مركز سیاهچاله بیشتر می شود، بنا بر این در پاهایتان نیروی جاذبه را بیشتر حس خواهید كرد. و حس خواهید كرد كشیده شده اید ( این نیرو نیروی جزر و مدی نام دارد چون دقیقا مانند نیرویی عمل می كند كه باعث جزر و مد در سطح زمین می شود). این نیروها با نزدیك شدن به مركز بیشتر و بیشتر خواهد شد تا جایی كه شما را پاره پاره كند.

برای یك سیاهچاله خیلی بزرگ شبیه به آن كه شما در آن سقوط می كنید، نیروهای جزر و مدی تا شعاع 600000 كیلومتری مركز قابل توجه نیستند. البته این مطلب پس از ورود به افق اعتبار می یابد. اگر در حال سقوط به یك سیاهچاله كوچكتر هم جرم خورشید بودید، نیروهای جزر و مدی از فاصله 6000 كیلومتری مركز شما را تحت تاثیر قرار می داد و شما خیلی زود تر از آنكه وارد افق شوید تكه پاره می شدید (و این موضوع علت این است كه شما را در حال سقوط به یك سیاهچاله بزرگ تصور كردیم تا بتوانید حداقل تا وارد شدن به سیاهچاله زنده باشید). در حین سقوط چه چیزهایی می بینید؟ شما در حین سقوط چیز خاص و عجیبی را مشاهده نخواهید كرد. تصویر اشیا درو ممكن است به شكل های عجیب و نا مربوط در آمده باشند، چون جاذبه سیاهچاله نور را نیز منحرف می كند. به ویژه وقتی وارد افق می شوید هیچ اتفاق خاصی نخواهد افتاد. حتی پس از وارد شدن به افق نیز خواهید توانست چیزهایی را كه بیرون هستند ببینید. چون نوری كه از اشیا بیرونی ساطع می شود می تواند وارد افق شود و به شما برسد. اما در بیرون از افق كسی قادر به دیدن شما نیست چون نور نمی تواند از افق خارج شود.

كل این اتفاقات چقدر طول می كشد؟ البته این مطلب بستگی به این دارد كه از چه فاصله سقوط به داخل سیاهچاله را شروع كرده باشید. فرض می كنیم این عملیات از جایی شروع شود كه فاصله شما از مركز 10 برابر شعاع سیاهچاله باشد. برای سیاهچاله ای با جرم یك میلیون برابر خورشید 8 دقیقه طول می كشد تا به افق برسید، پس از آن 7 دقیقه دیگر در پیش دارید تا به ناحیه منحصر به فردی برسید. البته این زمان ها تقریبی است و به عنوان مثال در یك سیاهچاله كوچكتر زمان مرگ نزدیك تر خواهد بود. پس از پشت سرگذاشتن افق در 7 دقیقه باقیمانده از عمر ممكن است وحشت زده بشوید و شروع كنید به روشن كردن راكت ها اما این تلاش بیهوده است.

از یك فاصله مطمئن از سقوط در سیاهچاله چه چیز مشاهده می شود؟

چیزی كه از دور دیده می ود با واقعیت كمی تفاوت دارد. همچنان كه شما به افق نزدیك تر می شوید ناظر حركت شما را آهسته و آهسته تر می بیند. او هیچ گاه رسیدن شما را به افق نخواهد دید.

سیاهچاله ای را در نظر بگیرید كه از فرو ریختن یك ستاره شكل گرفته است. در حالی كه ماده تشكیل دهنده سیاهچاله فرو می ریزد، ناظر آن را كوچك و كوچك تر می بیند، همچنین او نزدیك شدن شما را می بیند اما نمی تواند رسیدن به افق را ببیند و این علت نام گذاری اولیه آنها یعنی ستاره های منجمد است. چون به نظر می رسد آن ها در فاصله ای به اندازه كمی بیشتر از شعاع شوارتز شیلد یخ زده اند.

چرا اینگونه به نظر می رسد؟ مهمترین مطلبی كه در این مورد عنوان شده یك خطای نوری است. در حقیقت شكل گرفتن یك سیاهچاله یا رسیدن شما به افق زمان نامحدودی نمی برد. وقتی شما به افق نزدیك و نزدیك تر می شوید، نوری كه از شما ساطع می شود به زمان بیشتری نیاز دارد تا به ناظر برسد در واقع نوری كه بدن شما در هنگام گذر از افق ناظر دیگر تصویری از شما نمی بیند و حس می كند رسیدن به افق چه زمان نامحدودی وقت می برد.

از زاویه دیگری نیز می شود به این مسئله نگاه كرد. زمان در نزدیكی افق بسیار آرامتر از فضاهای دورتر سپری می شود. فرض كنید فضاپیمای شما برای خروج از افق در حركت است و برای چندین ثانیه آنجا توقف می كند (با مصرف مقداری زیادی سوخت برای جلوگیری از سقوط به داخل). سپس شما به سمت ناظری می روید و به او ملحق می شوید. متوجه می شوید در طی این ایام او سنی بیش از شما دارد، در حقیقت زمان برای شما بسیار آهسته تر (كند تر) سپری شده است تا برای او.

به نظر شما كدام یك از این دو نظریه فریب نور یا كندی زمان درست است؟ جواب بستگی به مختصاتی داردكه طبق آن به بررسی سیاهچاله ها بپردازید. طبق مختصات معمول كه مختصات شوارتز شیلد نام دارد، زمانی افق را پشت سر می گذارید كه مختصات t (زمان) بی نهایت است. طبق این مختصات گذر از افق زمان بی نهایت لازم دارد. اما علت این مطلب این است كه مختصات شوارتز شیلد تصویر تحریف شده ای از آنچه در اطراف افق می گذرد به ما می دهد. در حقیقت درست در افق مختصات كاملا تحریف شده و تغییر یافته اند. در صورتی كه مختصات واحدی را در نزدیكی افق انتخاب نكرده اید متوجه می شوید كه در هنگام گذر از افق زمان واقعا محدود است. ولی زمانی كه ناظر شما را مشاهده می كند نامحدود است. تشعشات نیاز به زمان بی نهایت و نامحدودی دارند تا به چشم ناظر برسند. پس شما می توانید از هر دو نوع مختصات استفاده كنید، در عمل هر دوی آنها درست هستند. فقط دو بیان متفاوت از یك مطلب ارئه می دهند. درعمل شما از چشم ناظر پنهان خواهید ماند قبل از اینكه زمان بی نهایت سپری شود. برای یك جسم نوری كه از طرف سیاهچاله تابش می شود به طرف سرخی و طول موجهای بیشتر می رود.

بنا براین در صورتی كه شما نور مرئی با طول موجهای ثابتی ساطع كنید، ناظر آن را با طول موج بیشتری دریافت خواهد كرد. با نزدیك تر شدن شما به افق این طول موجها افزایش می یابند. كه درنهایت به تابش های نامرئی، مادون فرمز و امواج رادیویی خواهند رسید. در بعضی نقاط طول موجها به قدری زیاد خواهند بود كه ناظر نخواهد توانست آن ها را مشاهده كند. از گذشته به خاطر دارید كه نور در دسته هایی به نام فوتون ساطع می شود. تصور كنید در حین گذر از افق فوتون هایی ساطع كنید. قبل از گذشتن از افق آخرین فوتون ها را ساطع خواهید كرد، این فوتون ها در زمان محدودی به چشم ناظر خواهند رسید - به عنوان مثال برای چنان سیاهچاله پر جرمی چیزی در حدود 1 ساعت.. و پس از آن ناظر دیگر قادر به دیدن شما نخواهد بود (فوتون هایی كه پس از گذر از افق ساطع می شوند هیچ گاه به ناظر نمی رسند)...

چرت یک سیاهچاله پس از صرف غذا!

دانشمندان با استفاده از تلسکوپ اشعه ایکس چاندرا ناسا و آرایه ی طیف سنج هسته ای NuSTAR تصویر یک سیاهچاله که ۱۱ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد را مشاهده کردند که یک دهه پس از مصرف کردن زباله های فضایی، در حال استراحت و خواب میباشد.

سیاهچاله ای که دانشمندان مطالعات خود را روی آن متمرکز کرده اند، در مرکز کهکشان «NGC 253» قرار گرفته است، این کهکشان به داشتن نرخ شگفت انگیز برای تولد ستاره های جدید مشهور است. به رغم اینکه مشخص شده است این کهکشان در حال استراحت و خواب است اما نور اشعه ایکسی که این سیاهچاله مصرف کرده به صورت محسوسی قابل مشاهده است.

نتایج این تحقیقات که در مجله فیزیک نجومی منتشر شده موجب سردرگمی ستاره شناسان شده است چرا که تشکیل ستاره و فعالیت سیاهچاله در این کهکشان درکنار هم صورت می گیرد. کهکشان حجار که به عنوان «NGC 253» هم شناخته می شود، دربرگیرنده یک سیاهچاله مرکزی است که جرم آن پنج میلیون برابر خورشید ما است.

در سال ۲۰۰۳، محققان با استفاده از تلسکوپ فضایی چاندرا جلوه ای از اشعه های ایکسی را که مربوط به آنچه که این سیاهچاله بلعیده است و گرمای میلیونها درجه ای آن را بدست آورد. در اواسط سال ۲۰۱۲، تلسکوپ فضایی آرایه، تلکسوپ اسپکتروسکوپیک یا نوستار(NuSTAR ) که از آن با عنوان شکارچی موفق سیاهچاله ها یاد می شود توانست اشعه های ایکسی را شناسایی کند که قوی تر از چیزی بود که چاندرا مشاهده کرده بود. در اواخر سال ۲۰۱۲ هر دو تلسکوپ با تمرکز روی کهکشان حجار در نهایت تعجب دریافتند که این انتشار اشعه های ایکس متوقف شده است.

«آن هورنشیمیر» از مرکز «پرواز فضایی گودارد ناسا» و یکی از نویسندگان این تحقیق اظهارداشت: سیاهچاله ها از صفحات پیوسته از مواد اطراف تغذیه می کنند و وقتی که غذای خود را تمام می کنند به خواب می روند. وی افزود: این کهکشان به نوعی غیر عادی است چرا که این سیاهچاله بزرگ در میان تمام این فعالیت های تولد ستاره های جدید خوابیده است.

براساس اظهارات «برت لهمر» از مرکز پرواز فضایی گودارد» که نویسنده اصلی این مقاله است، تعامل ظریف بین فعالیت سیاهچاله و سرعت تولد ستاره های جدید به نوعی اسرار آمیز است، شاید کهکشان حجار بتواند ابعاد تازه ای را درباره این زوایای تاریک کهکشانی نشان دهند. وی اضافه کرد: رصدهای دوره ای با استفاده از هر دو تلسکوپ به ما می گوید که اگر یک سیاهچاله از خواب بیدار شود چه اتفاقی رخ می دهد. امیدواریم که اگر این رخداد ظرف چند سال آینده باشد بتوانیم شاهد و ناظر آن باشیم.

اطلاعات در سیاهچاله ها

"تناقض اطلاعات" محیط اطراف سیاهچاله برای چندین سال وقت فیزیکدانان را گرفت. استیفن هاوکینگ ،دانشگاه کمبریج در انگلستان، بیش از سه دهه اصرار داشت که اطلاعاتی که به همراه ذره توسط سیاهچاله بلعیده می شود، برای همیشه از دست می رود، هرچند که بر خلاف قوانین مکانیک کوانتومی است که اطلاعات از بین بروند.

وقتی که چهارسال پیش هاوکینگ یک تجدید نظر کرد-که اطلاعات را می توان دوباره به دست آورد- همگان متقاعد نشدند. ابهی اشتکار (abhay ashtekar)در دانشگاه پن استیت در ایالات متحده گفت: "دیدگاه کلی این است که صحبت هاوکینگ به قدر کافی توضیح داده نشده است.". اشتکار و همکارانش در پن استیت ادعا کرده اند که یک مکانیزمی قابل اعتمادتری دارند که می توان اطلاعات در سیاهچاله را حفظ کرد.

خیلی هم سیاه نیست!
پارادوکس اطلاعات اولین بار در اوایل دهه 1970 وقتی که هاوکینگ، برپایه کارهای یاکوب بکنشتین در دانشگاه هیبریو در بیت المقدس، پیشنهاد کرد که سیاهچاله ها کاملا سیاه نیستند، روی کار آمد. او نشان داد که ذره و پاد ذره تولید شده در محیط پیرامون سیاهچاله،افق رویداد، می توانند که جدا شوند. یکی گیر می افتد و دیگری می تواند فرار کند که به شکل تابش از سیاهچاله نمایان می شود.
کوانتوم بیان می کند که ذره ی گرفتار شده دارای انرژی منفی ،و طبق هم ارزی جرم-انرژی آینشتین E=mc^2 - و جرم منفی است. با ذره- انرژی منفی های متوالی، سیاهچاله جرم از دست می دهد یا همان "تبخیر" می شود. هاوکینگ گفت بعد از این که سیاهچاله به طور کامل تبخیر شد در پشت مرکز بسیار چگال آن اطلاعات به طور کامل از دست خواهد رفت.

مفهوم پارادوکس اطلاعات در سال 1997، وقتی که هاوکینگ با همکارش کیپ ترون در کالتچ در ایالات متحده، در مورد این صحبت با جان پرسکیل در کالتچ شرط بندی کردند، بیش تر بالا گرفت. پرسکیل اعتقاد داشت که با توجه به مکانیک کوانتومی اطلاعات غیرممکن است که از بین برود چون این مورد مانع برگشت پذیری معادلات می شد. ولی در سال2004 هاوکینگ شرط را واگذار کرد و او الان باور کرده است که اطلاعات برمی گردند هرچند در یک شکل دیگر.

نقطه ی چسبناک
تجدیدنظر هاوکینگ نتوانست نظریه پردازان را متقاعد سازد. جدای از این مسئله که نظریه جدید او بر پایه ریاضیات بنا شده است و مشخصا به فضا-زمان فیزیکی بستگی ندارد، این مستقیما نشانی از بحث اصلی در مورد تکینگی نشان نمی دهد.

گروه پن استیت که اشتکبار، ویکتور تاوراس و مادهاون واراداراجان(madhaven varadarajan) هم در آن هستند، ادعا می کنند این بحث را با نمایش دادن محاسبات یک سیاهچاله در یک مدل دو بعدی، یکی زمان و یکی فضا، به پایان رسانده اند.  "به نظر من این یک سوال بسیار مهم را می آورد." گفت استیون گیدینگز در دانشگاه کالیفرنیا در سانتاباربارا. "هرچند که هاوکینگ این شرط را واگذار کرد، ولی این تئوری هنوز زنده است ولی بی سرپرست. این کار جدید نشان می دهد که کنترل های بهتری را در مورد محاسبات دارد."

مزیت کار در دو بعد این اجازه را به گرو اشتکار می دهد که معادلاتی را بنویسند تا گرانش سیاهچاله رادر سیطره خودش بگیرد که می تواند استفاده از دو تقریب را ارزیابی کند. اول از همه "خود راه اندازی" است، که خودش با استفاده از حدس های بهتر یک راه حل را پیدا می کند. اشتکار هم چنین این طور توضیح داد که: "خود راه اندازی به این کار می آید که ثابت کنیم که هندسه ی کوانتومی می تواند کاملا عادی باشد وقتی که هندسه ی کلاسیک به تکینگی برخورد می کند".

ثانیه یک میدان متوسط تخمینی است که راه حلی برای مناطق دور از مرکز سیاهچاله پیدا می کند. در استفاده از این گمان بود که گروه اشتکبار متوجه شدند که پیشروی منطقه ی داخلی که دارای چگالی بسیار زیادی است، بسیار بیش تر از مقداری است که قبلا با توجه به بحث های قدیمی اندازه گرفته بودند-به اندازه ای بزرگ که اجازه ی بازگردانی اطلاعات را بدهد.

متقاعد کننده نیست!
پرسکیل، کسی که شرط بندی 2004 را از هاوکینگ برد و حتی به نظریه خودش هم مشکوک بود، تحقیقات پن استیت وی را متقاعد نکرده است- هم چنین فکر می کند که کاملا آن را مطالعه نکرده است. "من فکر می کنم در سال 1994 با نمایش این شکل از دست دادن اطلاعات پرونده ای بسیار قوی را در سیاهچاله ها به وجود آوردیم. من چگونگی دریافت های اشتکار را نمی بینم. تغییردادن نتیجه گیری، شاید من چیزی را ازدست داده باشم." ترون که او هم نسبت به واگذاری هاوکینگ مشکوک بود، نظری را در این مورد نداد چون با این نوع خاص از میدان ها آشنا نبود.

بقیه نظریه پردازان فکر می کردند که گروه اشتکار یک پیشرفت بسیار بزرگی را ساخته اند، به هر حال آن ها این را هم اضافه کردند که بحث هنوز به پایان نرسیده است. گیدینگز گفت: "بعد از چند بحث طولانی با آبهی، من هنوز متقاعد نشده ام که آن ها نشان داده اند که اطلاعات به بیرون می آیند."

ست لیود در موسسه فناوری ماساچوست گفت:"بسیار جالب است!این با قدرت بیان می کند، هرچند که ثابت نشده است که تبخیر سیاهچاله ها در ابعاد 1+1، اطلاعات را نابود نمی کنندو تمام اطلاعات به محض این که سیاهچاله تبخیر می شود فرار می کنند  ...{ولی} خیلی واضح نیست که این استخراج در ابعاد 3+1 هم کار کند"

سین مثل سیاهچاله

سیاهچاله‌ها به قدری متراکمند که اگر کل کره ی زمین قطرش به 0.9 سانتیمتر تقلیل یابد اما جرمش ثابت بماند به یک سیاهچاله تبدیل می‌گردد. در واقع اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کنیم آن جسم به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود.

در سال 1916 (میلادی)، ستاره شناس آلمانی کارل شوارتز شیلد شواهدی یافت که نشانگر یک سیاهچاله کروی بود. او نشان داد که اگر جرم یک ستاره در ناحیه ای به اندازه کافی کوچک متمرکز شود، میدان گرانشی در سطح ستاره چنان قوی می‌شود که حتی نور توان گریز از آن را ندارد و این همان چیزی است که هم اکنون سیاهچاله می‌نامیم.

حال بیایید از زاویه دیگری به بررسی این موضوع بپردازیم. یک سیاهچاله اغلب شی‌ای تعریف می‌شود که سرعت گریز آن حتی از سرعت نور بیشتر است. سرعت گریز حداقل سرعت ممکن برای یک جسم است تا بتواند از میدان گرانشی جسمی دیگر فرار کند. برای درک بهتر موضوع تصور کنید روی سطح یک سیاره ایستاده‌اید و سنگی را مستقیما به بالا پرتاب می‌کنید. فرض کنید که سنگ را با قدرت زیادی پرتاب نکرده باشید سنگ برای مدتی بالا خواهد رفت اما در نهایت به خاطر گرانش سیاره پایین خواهد افتاد. اگر سنگ را به اندازه کافی محکم پرتاب کنید سنگ ممکن است از گرانش سیاره بگریزد در این حالت سنگ برای همیشه به بالا رفتن ادامه خواهد داد. سرعتی که نیاز است با آن سنگ را پرتاب کنید تا از گرانش سیاره بگریزد سرعت گریز نامیده می‌شود. برای مثال سرعت گریز برای خورشید 660 کیلومتربر ثانیه‌است. بدین ترتیب هر چه جرم افزایش می‌یابد و شعاع کاهش می‌یابد و به طور کلی هرچه جسم چگال‌تر باشد سرعت گریز نیز افزایش می‌یابد. به راحتی می‌توان حدس زد که سرعت گریز برای یک سیاهچاله با جرمی حدود چند میلیون برابر خورشید چقدر است.

اگر تابعی در یک نقطه تعریف نشده باشد یعنی در آن نقطه پیوسته نباشد، این تابع در آن نقطه تکینگی دارد. به مرکز یک سیاهچاله که تمام جرم سیاهچاله آنجا متراکم شده و چگالی آنجا بی‌نهایت است نیز تکینگی گفته می‌شود و این امر به همان دلیل ریاضی است چون سیاهچاله را ستاره ای در نظر می گیریم که تمام جرم آن پس از رمبش در حجمی در حد صفر متراکم شده (یعنی به سمت صفر میل می‌کند) که باعث می‌شود چگالی بی نهایت بشود و یک ناپیوستگی و تکینگی در آن نقطه از فضا بوجود آید. مطمئنا سرعت گریز سیاهچاله‌ها بیشتر از سرعت نور است در نتیجه هیچ چیز نمی‌تواند از آن فرار کند.

در اطراف تکینگی کره فرضی به نام افق رویداد وجود دارد که «نقطه بدون بازگشت» را مشخص می‌کند. مرزی که هرچیزی که از آن عبور کند به ناچار به سمت تکینگی هدایت می‌شود. رفتار تکینگی اصلا قابل توصیف و درک نیست. به همین دلیل راجر پنروز و همکارانش قانونی به نام قانون مراقبت کیهانی پیشنهاد دادند که بر اساس آن تکینگی عریان (تکینگی بدون افق رویداد) وجود ندارد. یعنی همه تکینگی‌ها باید بوسیله یک افق رویداد پوشیده شده باشند چون یک تکینگی عریان می‌تواند تمام جهان را به طور بی قاعده و غیرقابل پیش بینی تحت تاثیر قرار بدهد.

برطبق نسبیت عام فضای اطراف افق رویداد به شدت تاب برمی دارد.مقدار تاب برداشتن به جرم سیاهچاله بستگی دارد و هر چه جرم بیشتر باشد مقدار آن بیشتر خواهد بود. از آنجاییکه سیاه چاله هیچ نوری از خود بیرون نمی دهد تنها براساس همین تغییر فضای اطراف آن است که ما می توانیم وجود آنرا بطور غیرمستقیم ردیابی کنیم. درواقع مابا مشاهده اثر آن بر مواد بیرون از افق رویداد می توانیم تاحدودی آنرا تشخیص دهیم. سیاهچاله مواد اطراف خود را به شدت جذب می کند واین مواد جذبی قبل از برخورد با آن به دلیل سرعت سقوط فوق العاده زیاد پرتوهای ایکس  گاما و امواج رادیویی گسیل می کنند.

این گمان وجود دارد که در مرکز کهکشانها سیاهچاله های ابر سنگین وجود داشته باشد. نحوه حرکت ابرهای گازی وشدت پرتوهای ارسالی از مرکز کهکشان خودمان از دلایل وجود چنین سیاهچاله هایی است. بررسی سرعت ستاره‌های نزدیک به مرکز کهکشان راه شیری که امروزه توسط تلسکوپ‌هابل قابل انجام است، بیانگر این واقعیت است که جرم هسته کهکشان بسیار بزرگ بوده که در یک ناحیه کوچک قرار دارد این نمونه می‌تواند وجود سیاهچاله در مرکز کهکشان‌ها را مورد تایید قرار دهد. همچنین مشاهده اشعه  گاما متغییر را می‌توان به عنوان شاهدی دال بر قبول سیاهچاله ابرجرم‌دار در مرکز کهکشان‌ها دانست.

از دید نظری، سیاهچاله می‌تواند تبخیر شود. این موضوعی است که نخستین بار استفان هاوکینگ به آن پی برد. پدیده‌هایی در عرصه‌ی مکانیک کوانتومی وجود دارند که می‌توانند باعث شوند سیاهچاله پرتوهایی از خود گسیل کند. همین موضوع باعث می‌شود که سیاهچاله انرژی از دست بدهد و بنابر فرضیه‌ی اینشتین، از دست دادن انرژی معادل است با کاهش جرم.

پس سیاهچاله می‌تواند لاغر هم بشود. البته این تابش هاوکینگ بسیار ضعیف است. به عنوان مثال، سیاهچاله‌ای که به اندازه‌ی خورشید جرم داشته باشد، 10⁶⁷ سال طول می‌کشد تا تبخیر شود در حالی که این مقدار بسیار بیشتر از عمر کنونی عالم است.

سیاهچاله های آواره به گرد کهکشان ما حلقه زده اند

  * چیزی نزدیک به ۲۰۰۰ سیاهچاله ی آواره که از خانه های خود رانده شده اند، برهنه و یا در پوشش های پاره پاره ای از ماده ی تاریک، هم اکنون در حاشیه ی کهکشان راه شیری سرگردانند.


این برآوردیست که از یک همتاسازی (شبیه سازی) رایانه ای تازه به دست آمده. این همتاسازی بر روی شیوه ی رشد و فرگشت کهکشان راه شیری طی ادغام کهکشان های کوچک تر انجام شده بود.

بر پایه ی نظریه، هر کهکشان می تواند یک سیاهچاله در مرکزش داشته باشد. با ادغام (یکی شدن) کهکشان ها، این سیاهچاله ها هم به یکدیگر می پیوندند و یک ابَرسیاهچاله (سیاهچاله ی ابرپرجرم) به سنگینی میلیون ها برابر خورشید پدید می آورند. ولی برخورد و به هم پیوستن کهکشان ها به تولید امواج گرانشی می انجامد، که می تواند سیاهچاله ای که تازه با سیاهچاله ی دیگر ادغام شده را از کهکشان میزبانش بیرون براند.

والری راشکوف و پی‌یرو مادائو از دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا همتاسازی‌ای انجام دادند که نشان می داد بسته به ویژگی های اجرامی که با هم برخورد کده اند، شاید ۷۰ تا ۲۰۰۰ عدد از این سیاهچاله های آواره هم اکنون سرگرم پرسه زنی در هاله ی کهکشان راه شیری باشند. به گفته ی اَوی لوب از دانشگاه هاروارد، شماری ازآن ها می توانند برهنه و بی پوشش باشند، در حالی که شمار دیگر می توانند چند خوشه ی ستاره ای و ماده ی تاریک هم به گرد خود داشته باشند. لوب نیز چنین اندیشه ای را پیش کشیده است.

این خوشه های ستاره ای گرچه کم نورند ولی می بایست با تلسکوپ های نوین یا تلسکوپ های آینده دیده شوند. با یافتن آن ها شاید چیزهای بیشتری درباره ی آغاز رشد سیاهچاله ها فراگیریم.

تبخیر سیاهچاله ها

  تبخیر سیاهچاله ها

تابش هاوکینگ یک فر آیند نظری است که بر اساس آن سیاهچاله ها ممکن است به هیچ ، تبخیر شوند . از آنجا که شواهد تجربی برای اثبات این موضوع وجود ندارد وابهامات جدی در مورد پایه های نظری این فرآیند وجود دارد ، در این که آیا تابش هاوکینگ می تواند موجب تبخیر سیاهچاله ها شود یا نه ، جای شک و تردید باقی است.

بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی ، حتی خالی ترین فضاها هم کاملا خالی نیستند! بلکه دریایی از انرژی هستند با نوسان هایی موج مانند.ما نمی توانیم مستقیما این دریای انرژی را مشاهده کنیم.،زیرا هیچ سطح انرژی پایین تر از سطح انرژی آنها وجود ندارد که بتوانیم این انرژی را با آن مقایسه کنیم.مطابق با اصل عدم قطیعت هایزنبرگ ، این امکان وجود ندارد که بتوانیم مقدار حقیقی هر جسمی را متوجه شویم . این مساله بیشتر مربوط به زمانی است که با مقدار های کوچک سرو کار داریم . نوسانات موجود در این دریا ، جفت هایی از ذرات را تولید می کنند . که یکی از آنها ماده ودیگری ضد ماده است (نظریه ی نسبیت خاص، برابری ماده وانرژی را اثبات می کند یعنی ماده می تواند به انرژی تبدبل شود و بالعکس ) . به طور معمول هر کدام از این ذرات به زوج های جفت ضد خود برخورد می کنند و دوباره به انرژی تبدیل می شوند ودر کل بین ماده وانرژی تعادل برقرار می شود.

بر اساس نظریه ی تابش هاوکینگ ، چنان چه یکی از این جفت ذرات درنزدیکی افق رویداد یک سیاه چاله ایجاد شود ؛ پیش از آنکه برخوردی بین آنها رخ بدهد ، این احتمال وجود دارد که یکی از این دو ذره به درون سیاهچاله سقوط کند و دیگری از آن بگریزد . از دید یک ناظر خارجی ، سیاهچاله فقط یک ذره از خود تابش کرده است و بنابراین اندکی از جرم خود را از دست داده است.

اگر نظریه ی تابش هاوکینگ درست باشد ، انتظار می رود تنها سیاهچاله های بسیار کوچک از این طریق تجزیه شوند . به عنوان مثال یک سیاهچاله با جرم ماه به همان اندازه که به وسیله ی تابش هاوکینگ ، جرم از دست می دهد ، از طریق تابش پس زمینه ی مایکروویو کیهانی ، انرژی (و در نتیجه اصل برابری ماده – انرژی ، ماده)به دست می آورد . بنابر این سیاهچاله های بزرگتر ، انرژی که کوچکترین سیاهچاله ای که در حال حاضر به صورت طبیعی می تواند شکل بگیرد ، جرمی 5 برابر جرم خورشید دارد ، لذا سیاهچاله باید به مراتب جرمی بیشتر از جرم ماه زمین داشته باشند و تابش هاوکینگ نمی تواند روی آنها تاثیر گذار باشد.

با گذشت زمان ، تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی ضعیف تر می شود و در نهایت آن قدر ضعیف می شود که تابش هاوکینگی که سیاهچاله از خود ساطع می کند ، از انرژی ای که از تابش پس زمینه ی مایکروویو کیهانی به دست می آورد ، بیشتر می شود . در نتیجه ، از طریق این فرآیند حتی بزرگترین سیاهچاله ها هم تبخیر خواهند شد ، ولی این تبخیر شدن ممکن است بیش از 600^10 سال به طول بیانجامد.

کشف جوان‌ترین سیاه‌چاله جهان

ناسا اخیرا تصویر بسیار جالبی را منتشر کرده که به تصور دانشمندان جوان‌ترین سیاه‌چاله کهکشان راه‌شیری است.

به گزارش علم پرس به نقل از ایسنا، اطلاعات بدست آمده از رصدخانه پرتو ایکس چاندرا که کیهان را از مدار ۱۳۹ هزار کیلومتری زمین مشاهده می‌کند، نشان داده که ابرهای عجیب و درخشان گازی بقایای یک ابرنواختر ممکن است از یک سیاه‌چاله جوان برخوردار باشد.

این ابرنواختر موسوم به W49B حدود ۱۰۰۰ سال داشته که البته در مقیاس کیهانی به اندازه یک چشم به هم زدن است. برای مثال خورشید ۴٫۵ میلیارد سال دارد.

این ابرنواختر همچنین در مسافت ۲۶ هزار سال نوری از زمین قرار داشته و به یک شکل بسیار نادر ایجاد شده است.

ناسا این انفجار ابرنواختر را که در زمان پایان یافتن سوخت ستاره رخ داده، بسیار عجیب خوانده است. W49B در حالی منفجر شد که فورانهای مواد از قطبهای آن به فضا شلیک شده و باعث کشیده‌تر و بیضوی شدن ابرنواختر شده است. معمولا انفجارها به شکل متقارن هستند.

انفجارهای ابرنواختر زمانی رخ می‌دهد که سوخت ستارگان غول‌پیکر پایان می‌یابد اما به گفته ناسا، این انفجارها هیچگاه به درستی درک نشده‌اند.

از مسائل دیگر که باعث عجیب بودن این رویداد شده این است که این W49B یک ستاره نوترونی نبوده است. معمولا انفجار ستارگان غول‌پیکر باعث شکل‌گیری یک هسته چرخان متراکم می‌شود که این ستاره با چنین تقدیری روبرو نبوده است.

به گفته محققان، همین کمبود شواهد است که به وجود یک سیاه‌چاله اشاره دارد. در این مورد، عدم شکل‌گیری ستاره نوترونی باعث ایجاد تصور وجود یک سیاه‌چاله شده اما در موارد دیگر معمولا دانشمندان با توجه به تاثیر آن بر مواد اطراف موفق به شناسایی آن می‌شوند.

سیاهچاله

فرض کنید جرم ستاره ای درحدود 20 برابر جرم خورشید باشد بعد از طی مراحل تکامل وانفجار بصورت ابرنواختری, اگر جرم ستاره باقی مانده به سه برابر خورشید برسد از آنجاییکه این جرم برای تبدیل به ستاره نوترونی  شدن زیاداست ستاره بطور کامل متراکم شده و به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد.برطبق قوانین فیزیک واستنتاج منطقی عاقبت کار  یکتایی (Singularity) خواهد بود.یکتایی نقطه ای که شعاع آن صفر وچگالی آن بینهایت خواهد بود.هر چه به این جرم نزدیکتر شویم سرعت فرار از آن بیشتر خواهد شد و در فاصله ای که بانام شعاع شوارزشیلد شناخته میشود سرعت فرار از چنین جرمی با  سرعت نور برابر می شود.اندازه این شعاع ویژه به جرم ستاره بستگی مستقیم دارد برای ستاره ای با جرم خورشید مقدار آن 3 کیلومتر است این بدان معناست  برای اینکه خورشید به یک سیاه چاله تبدیل شود باید قطر آن به 3 کیلومتر کاهش بیابد.اگر کره ای با شعاع شوارزشیلد حول نقطه مرکزی رسم کنیم (نام این کره افق رویداد(Event horizon )می باشد)درون این کره سرعت فرار از سرعت نور بیشتر خواهد بود و از آنجاییکه هیچ جسمی توانایی حرکت باسرعت بیشتر از سرعت نور را ندارد ، هیچ جسمی توانایی گریز از این منطقه را ندارد.برطبق روابط فیزیکی معمول هیچ خبری از درون این کره در دسترس نمی باشد و نیروهای شدید کشندی درون این محیط موجب انفجار و از هم گسیختگی هر جسمی که به آن نزدیک شود می گردد.

برطبق نسبیت عام فضای اطراف افق رویداد به شدت تاب برمی دارد.مقدار تاب برداشتن به جرم سیاهچاله بستگی دارد وهر جرم بیشتر باشد مقدار آن بیشتر خواهد بود.از آنجاییکه سیاه چاله هیچ نوری از خود بیرون نمی دهد تنها براساس همین تغییر فضای اطراف آن است که ما می توانیم وجود آنرا بطور غیرمستقیم ردیابی کنیم.درواقع مابا مشاهده اثر آن بر مواد بیرون از افق رویداد میتوانیم تاحدودی آنرا تشخیص دهیم.سیاهچاله مواداطراف خود را به شدت جذب می کند واین مواد جذبی قبل از برخورد با آن به دلیل سرعت سقوط فوق العاده زیاد پرتوهای ایکس  گاما و امواج رادیویی گسیل می کنند.

سیاهچاله هایی که در یک دستگاه دوتایی قرار دارند از گازهای ستاره همدم خود گازدریافت می کنند واین گاز با نزدیک شدن به افق رویداد دراثر نیروهای شدید گرانشی گرم شده وشروع به تابش اشعه ایکس می کنند پس یک راه برای تشخیص سیاهچاله ها جستجوبرای یافتن ستاره های دوتایی است که منبع قوی امواج اشعه ایکس باشند.موادی که از ستاره همدم می آیند بطور مستقیم برسطح سیاهچاله سقوط نمی کنند بلکه ابتداتشکیل یک قرص برافزایشی می دهند مواد درون این قرص با حرکت سریع ومارپیچی به سیاهچاله نزدیک شده وبه مرور زمان میسوزند.عکسهای گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل در مواردبسیار زیادی نشاندهنده این قرص می باشد.

این گمان وجود دارد که در مرکز کهکشانها سیاهچاله های ابر سنگین وجود داشته باشد.از جمله در کهکشان خودمان.نحوه حرکت ابرهای گازی وشدت پرتوهای ارسالی از مرکز کهکشان خودمان از دلایل وجود چنین سیاهچاله ای می باشد. بررسی سرعت ستاره‌های نزدیک به مرکز کهکشان راه شیری که امروزه توسط تلسکوپ‌هابل قابل انجام است، بیانگر این واقعیت است که جرم هسته کهکشان بسیار بزرگ بوده که در یک ناحیه کوچک قرار دارد این نمونه می‌تواند وجود سیاهچاله در مرکز کهکشان‌ها را مورد تایید قرار دهد. همچنین مشاهده اشعه  گاما متغییر را می‌توان به عنوان شاهدی دال بر قبول سیاهچاله ابرجرم‌دار در مرکز کهکشان‌ها دانست. اخیرا" وجود سیاهچاله در مرکز  کهشکان M87  نیز مورد قبول منجمین قرار گرفته است.

چگالی متوسط یک سیاهچاله متناسب با  عکس مربع جرم آن است. برای یک سیاهچاله در حد جرم خورشید چگالی ده میلیون تن در سانتی مترمکعب  بدست می‌آید که چهل برابر چگال‌تر از مواد هسته‌ای است . در صورتی که برای یک سیاهچاله با جرم صد میلیون   برابر جرم خورشید چگالی یک گرم در سانتی مترمکعب  محاسبه می‌شود که برابر چگالی آب است. بنابراین شرایطی که می‌تواند یک سیاهچاله کوچک ایجاد گردد بسیار سخت تر از شرایطی است که یک سیاهچاله بزرگ می‌تواند تولید شود.

 
بطورکلی سیاهچاله ها به سه گروه تقسیم می شوند:

1-  سیاهچاله‌های ستاره‌ای (Stellar Black Holes )

این دسته از سیاهچاله‌ها معمولا" از رمبش ستارگان بوجود آمده و جرم آنها بین 3 تا 100 برابر جرم خورشید است. بهترین کاندید برای مشاهده این دسته از سیاهچاله‌ها، سیستم‌های دوتایی منبع اشعه X است که یکی از دو شی مشاهده نمی‌شود. این دسته از سیستم‌های نجومی ‌از خود اشعه X تشعشع می‌کنند که از اوایل دهه 1970 مورد توجه قرار گرفتند.

اولین دوتایی کاندید از این گروه، Cygnus X-1 است که ستاره اپتیکی دوتایی یک ابرغول آبی است که جرم آن حدود 20 برابر جرم خورشید است و دور زوج نامرئی خود که جرم آن در حدود 40 برابر جرم خورشید است با پریود 6/5 روز می‌چرخد. فاصله آن از ما در حدود 2/2 کیلو پارسک است . در این سیستم دوتایی، جرم از ستاره قابل رویت دوتایی به درون سیاهچاله وارد می‌شود ولی به دلیل سرعت زاویه‌ای، این جرم به صورت شعاعی وارد سیاهچاله نشده بلکه گازها تشکیل یک دیسک داده که آنرا قرص برافزایشی (accretion disk) گویند.

دو دسته اشعه در طیف تابش این سیستم دوتایی که از قرص برافزایشی تابش می‌گردد دیده می‌شود که یکی از این دو، تابش جسم سیاه با دمای 31000K  بوده و دسته دوم اشعه X سخت تا انرژی 150K  است . در واقع طیف این دسته دوم اشعه که تا انرژی 150Kev  را هم داراست شاهدی بر وجود سیاهچاله بعنوان زوج نامرئی این دوتایی است. البته اگر این زوج ستاره نوترونی هم باشد اشعه X تولید می‌شود ولی نشان داده شده است که در این صورت اشعه X دارای انرژی حدود100K  نخواهد بود . اخیرا" اشعه گاما  پرانرژی هم برای این دوتایی مشاهده شده است که بر سیاهچاله بودن شی غیرقابل رویت این دوتایی تاکید می‌کند. تا کنون تعداد زیادی از این سیستم‌های دوتایی که می‌تواند شاهد وجود سیاهچاله باشد کشف شده است و امروزه یکی از زمینه‌های مشاهده‌ای کشف و بررسی این گونه دوتایی‌هاست.

 

2-سیاهچاله‌های ابرجرم دار (Supermassive Black Holes  )

جرم اینگونه سیاهچاله بین یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید است. اینگونه سیاهچاله‌ها در مرکز کهکشان‌ها از جمله کهکشان راه شیری قرار دارند.  شدت تابش از مرکز کهکشان‌های فعال که می‌تواند به خاطر ورود جرم به مرکز کهکشان باشد و کوچک بودن اندازه هسته این کهکشان‌ها بیانگر وجود سیاهچاله ابرجرم دار در مرکز آنهاست.

 

3- سیاهچاله‌ها با جرم متوسط

شکاف بین جرم سیاهچاله‌های معمولی (3 تا 100 برابر جرم خورشید) و سیاهچاله‌های ابرجرم‌دار (با جرم یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید) منجمین را بر آن داشت که به دنبال سیاهچاله‌هایی با جرم(با جرم 100 تا 100هزار برابر جرم خورشید) هم باشند. این گونه سیاهچاله‌ها می‌توانند در مرکز خوشه‌های ستاره‌ای در نزدیکی مرکز کهکشان‌ها وجود داشته باشند. به دو روش می‌توان به دنبال شواهد تجربی برای این دسته از سیاهچاله‌ها بود. یکی از روش‌های مشاهده‌ای این گونه سیاهچاله‌ها یافتن منابع اشعه  با شدت زیاد  است. اخیرا" منابعی از اشعه X با این محدوده شدت با طیف انرژی چند ده الکترون ولت در مرکز خوشه‌های ستاره‌ای مشاهده شده است. این دسته از منابع اشعه  به منبع فوق درخشان پرتو ایکس یا  Ultraluminous X-ray source (ULXs)مشهور هستند. 

کلمه سیاهچاله از اینجا گرفته شده که هیچ پرتوی الکترومغناطیسی نمی تواند از آن ساطع شود درنتیجه سیاه دیده میشود.


 آیا سیاهچاله همیشه سیاهچاله باقی می‌ماند، یا به چیز دیگری تبدیل می‌شود؟

جسمی که سیاهچاله شد، دیگر تا ابد سیاهچاله خواهد بود. تنها تغییر مهمی که می‌تواند در سیاهچاله رخ بدهد، افزایش یافتن جرم آن بر اثر بلعیدن مواد مختلف است (شاید از ستاره‌ی نزدیکش، یا از گازهای مرکز کهکشان و یا فضانورد بخت‌برگشته‌ای که زیادی به آن نزدیک شده است!).

از دید نظری، سیاهچاله می‌تواند تبخیر شود. این موضوعی است که نخستین بار استفان هاوکینگ به آن پی برد. پدیده‌هایی در عرصه‌ی مکانیک کوانتومی وجود دارند که می‌توانند باعث شوند که سیاهچاله پرتوهایی از خود گسیل کند. همین موضوع باعث می‌شود که سیاهچاله انرژی از دست بدهد و بنابر فرضیه‌ی اینشتین، از دست دادن انرژی معادل است با کاهش جرم.

پس سیاهچاله می‌تواند لاغر هم بشود. البته این تابش هاوکینگ بسیار ضعیف است. به عنوان مثال، سیاهچاله‌ای که به اندازه‌ی خورشید جرم داشته باشد، 1067 سال طول می‌کشد تا تبخیر شود. این مقدار بسیار بیشتر از عمر کنونی عالم است. تازه، سیاهچاله‌های سنگین‌تر، بسیار دیرتر از این تبخیر خواهند شد. سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان ما، که بین 3 تا 4 میلیون برابر خورشید جرم دارد، بیشتر از یک میلیارد میلیارد برابر دیرتر تبخیر می‌شود.

سیاه چاله خشمگین

این تصویر ترکیبی یک سیاه چاله غول پیکر در مرکز کهکشان ۴C 29.30 میباشد که در حدود ۸۵۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد. در دو طرف این کهکشان انتشار تشعشعات ذرات گرد و غبار را مشاهده می کنید. جرم این سیاه چاله حدود ۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید ما است.

این سیاه چاله پرتوها و امواجی را با سرعت چندین میلیون کیلومتری به بیرون پرتاب می کند که اصطلاحا به آن جت می گویند. منیع درخشان پرتو X در مرکز این کهکشان حاکی از حضور گازهایی است که دمای‌شان به چندین میلیون درجه می‌رسد و دور سیاه‌چاله‌ی مرکزی را احاطه کرده اند. سیاه‌چاله ممکن است برخی از این مواد را ببلعد اما بقیه‌ی گازهای چرخان و مغناطیسی نزدیک سیاه‌چاله ممکن است به نوبت٬ به‌ جت های رادیویی عظیم خروجی بپیوندند. گرد و غبار کیهانی بسیاری از پرتوهای X تابش‌شده از مجاورت سیاه‌چاله را جذب می‌کنند.

این تصویر حاوی داده های اشعه ایکس رصدخانه چاندرا ناسا (آبی رنگ) ، نور اپتیکال تلسکوپ فضایی هابل (طلایی) و امواج رادیویی به دست آمده از آرایه بسیار بزرگ NSF (صورتی) است.

کوچکترین سیاه چاله فضایی رصد شد

تیمی بین المللی از ستاره شناسان با استفاده از یک کاوشگر پرتوهای ایکس ناسا کوچکترین سیاه چاله ای را که تاکنون شناخته شده است، شناسایی کردند

این محققان برپایه اطلاعات جمع شده توسط "اکتشاف گر زمان سنجی پرتو ایکس رسی" (RXTE) ناسا نوع ویژه‌ای از پرتوهای ایکس با عنوان "ضربان قلب" را مورد بررسی قرار دادند. علت انتخاب این نام برای این نوع از پرتوها این است که شباهت بسیاری به امواج الکتروکاردیوگرام دارند.

این منطقه که این ستاره شناسان بین المللی بر روی آن تحقیق کردند IGR J17091-3624 نام دارد که یک منظومه دوتایی متشکل از یک ستاره عادی و یک سیاه چاله است که جرم آن می‌تواند کمتر از سه برابر جرم خورشید باشد.

به گزارش خبرگزاری مهر، گازهای این ستاره به سمت سیاه چاله گسیل می‌شوند و حلقه‌ای را در اطراف آن می‌سازند. مواد درون حلقه، گاز را تا دمای میلیون‌ها درجه گرم می‌کنند که این دما به اندازه کافی برای گسیل پرتوهای ایکس کافی است.

تغییرات دوره‌ای مشاهده شده در شدت این پرتوهای ایکس بازتابش فرایندهایی هستند که در داخل دیسک گاز رخ می‌دهند.

این دانشمندان معتقدند که تغییرات سریع‌تری نیز در نزدیکی افق حوادث سیاه چاله رخ می‌دهد. "افق حوادث"، منطقه‌‌ای از فضازمان است که در آنجا تمام مرزهای فضا به شدت تحت تأثیر سیاه‌ چاله قرار می‌گیرد و اگر جسمی وارد این منطقه شود، سرانجام روی تکینگی یا مرکز سیاه چاله سقوط می‌کند. افق حوادث بخشی از مناطق خارجی سیاه چاله است.

ستاره شناسان در مدت انفجاری که در سال 2003 رخ داد با این منظومه دوتایی آشنا شدند. اطلاعات بایگانی شده توسط ماموریت‌های فضایی یک فعالیت شدید را هر چند سال یکبار از این منظومه نشان می‌داد. تازه‌ترین این فعالیت‌ها در فوریه گذشته آغاز شد.

این منظومه در جهت صورت فلکی کژدم قرار دارد اما مسافت آن هنوز دقیقاً مشخص نشده است. باوجود این برپایه ارزیابی‌ها می‌تواند در فاصله حداقل 16 هزار سال نوری و حداکثر 65 هزار سال نوری از زمین واقع شده باشد.

تغییرات پرتوهای ایکسی که در طول هر ضربان قلب توسط RXTE مشاهده شد، نشان می‌دهد که داخلی‌ترین منطقه حلقه اطراف سیاه چاله به اندازه‌ای پرتو ساطع می‌کنند که برای به عقب راندن گاز بیرونی کافی باشد و بتواند یک باد شدید به طرف خارج رانده و جریان به سمت داخل را قطع کند.

به این ترتیب، حلقه داخلی به حدی درخشان و گرم می‌شود که پرتاب ماده به طرف بیرون را دوباره از سر گیرد. کل این فرایند در مدت 40 ثانیه رخ می‌دهد.

رصد کوچک‌ترین سیاه چاله تاکنون شناخته شده تیمی بین المللی از ستاره شناسان با استفاده از یک کاوشگر پرتوهای ایکس ناسا کوچک‌ترین سیاه چاله‌ای را که تاکنون شناخته شده است شناسایی کردند.

یک سیاهچاله از نزدیک چه شکلی است؟

  ستاره‌شناسان نخستین تصاویر که پیش‌بینی می‌شود یک سیاه‌چاله باشد را منتشر کرده‌اند؛ با این توضیح که متاسفانه هنوز از فناوری لازم برای تائید نظریه خود برخوردار نیستند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، سیاه‌چاله‌ها نامرئی هستند چرا که حتی نور هم نمی‌تواند از کشش گرانشی آنها فرار کند.

اما باورها بر این است که مرزهای اطراف این اجسام که یک منطقه بدون بازگشت موسوم به افق رویداد است باید از تابش ساطع شده از ماده در زمان فرو رفتن در سیاه‌چاله قابل مشاهده باشد.

محققان دانشگاه کالیفرنیا این تصویر فرضی از یک سیاه‌چاله را در نشست سالانه انجمن نجوم آمریکا ارائه کرده‌اند.

همانطور که این تصویر نشان می‌دهد، انتظار می‌رود که اولین تصاویر سیاه‌چاله که در حقیقت نمایشگر مرزهای اطراف آنها است، برخلاف تصوارت معمول به شکل حباب نبوده، بلکه از یک شکل هلالی برخوردار است.

این تصویر فقط یک تمرین در گمانه‌زنی‌های نجومی نیست بلکه بر اساس مدلی است که ستاره‌شناسان از آن برای آماده‌سازی برای تفسیر تصاویر به دست آمده از تلسکوپ در حال ساخت «افق رویداد» استفاده می‌کنند.

این تلسکوپ به ترکیب رصدها از شبکه جهانی تلسکوپهای رادیویی برای دریافت اطلاعات در مورد اجسام موجود در فضا پرداخته که در حالت عادی قابل مشاهده نیستند.

به گفته دانشمندان، تلسکوپ افق رویداد اولین دستگاهی خواهد بود که به حل مقیاسهای فضایی قابل مقایسه با اندازه افق رویداد یک سیاه چاله خواهد پرداخت.

این تلسکوپ در حال حاضر سنجشهای اولیه در مورد سیاه‌چاله مرکز کهکشان راه‌شیری موسوم به کمان ای* را جمع‌آوری کرده است.

محققان این داده‌ها را با مدلهای مختلف تطبیق داده و دریافتند که آنها بیشتر با تصاویر هلالی شکل تناسب دارند. این شکل به انعکاس صفحه دوناتی شکل ماده‌ای می‌پردازد که در اطراف سیاه‌چاله چرخیده و به طور اجتناب‌ناپذیری درون آن کشیده می‌شود.

در زمان چرخش گاز در اطراف سیاه‌چاله، سمتی که به سمت ناظران زمینی قرار دارد، در نتیجه فرآیندی موسوم به پخش داپلر درخشانتر دیده می شود در حالی که سوی دیگر آن تاریک است.

مرکز این هلال یک دایره تاریک بوده که نشانگر خود سیاه‌چاله است.

در نهایت محققان امیدوارند از اولین تصاویر این سیاه‌چاله برای سنجش سیاه‌چاله مرکزی کهکشان راه شیری استفاده کنند.

آنها همچنین امیدوارند که بتوانند جنبه‌های خاصی از نظریه نسبیت عام را اثبات کنند که تاکنون تائید آن با چالش روبرو بوده است.

کشف یک سیاه چاله بسیار بزرگ در همسایگی زمین

محققان، کهکشانی را با فاصله 30 میلیون سال نوری از زمین یافته اند که در مرکز آن یک سیاه چاله بسیار بزرگ وجود دارد.

به گزارش خبرگزاری مهر، محققان با استفاده از تلسکوپ اشعه ایکس اقدام به شناسایی یک کهکشان مارپیچی به نام NGC 3627 کرده اند که ممکن است به کشف سیاه چاله عظیم و بزرگی که در همسایگی ما قرار دارد و پیش از این ناشناخته بود کمک کند.

یک گروه از دانشندان اخیرا با بررسی اطلاعات به دست آمده توسط تلسکوپ اشعه ایکس چاندرا ناسا از 62 کهکشان نزدیک به این نتیجه رسیده اند که 37 کهکشان دارای منابع اشعه ایکس در مراکز خود هستند و در میان آنها هفت کهکشان دارای سیاه چاله های بسیار بزرگ وجود دارد.

 تصویر ترکیبی کهکشان NGC 3627 که به تازگی منتشر شده ترکیبی از اطلاعات چند تلسکوپ مختلف است

مشاهدات صورت گرفته با اشعه ایکس نشان دهنده فعالیت سطح پایین سیاه چاله است که ممکن است از کار افتاده باشد. این تحقیق که جزئیات آن در مجله فیزیک نجومی منتشر شده اظهار می دارد که بخشهایی از این کهکشانها میزبان سیاه چاله های بسیار بزرگی هستند که بسیار بزرگتر از چیزی است که پیشتر جستجوها نشان می داد.

تصویر ترکیبی کهکشان NGC 3627 که به تازگی منتشر شده اطلاعات اشعه ایکس چاندرا و مادون قرمز تلسکوپ فضایی اسپیتزر را با رنگهای آبی و قرمز و اطلاعات تلسکوپ فضایی هابل و تلسکوپ بسیار بزرگ شیلی به رنگ زرد را ترکیب کرده است.

سیاه ‌چاله ناحیه‌ای از فضا- زمان است که هیچ چیز، حتی نور نمی‌تواند از میدان جاذبه آن بگریزد.

وجود سیاه‌چاله‌ها در نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش بینی می‌شود. این نظریه پیش بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان وتشکیل سیاهچاله شود. پیرامون سیاهچاله رویه‌ای ریاضی به نام افق رویداد تعریف می‌شود که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد و نقطه بدون بازگشت است.

صفت "سیاه" در نام سیاه ‌چاله به این دلیل است که همه نوری که به افق رویداد آن راه می‌یابد را به دام می‌اندازد که این دقیقا مانند مفهوم جسم سیاه در ترمودینامیک است. مکانیک کوانتوم پیش‌بینی می‌کند که سیاه چاله ‌ها مانند یک جسم سیاه با دمای متناهی از خود تابش‌های گرمایی گسیل می‌ کنند. این دما با جرم سیاه چاله نسبت وارونه دارد و از این روی مشاهده این تابش برای سیاه چاله‌ های ستاره‌ای و بزرگتر دشوار است.

شیوه ای جدید برای وزن کردن سیاهچاله های عظیم

چگونه بزرگترین سیاهچاله ها در جهان را وزن می کنید؟

یک پاسخ از تکنیکی کاملا جدید و مستقل بدست می آید که منجمان با استفاده از داده های کاربردی رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا به دست آورده اند.

با اندازه گیری نقطه ی اوجی در درجه حرارت گاز داغ در مرکز کهکشان عظیم بیضوی NGC 4649 ، دانشمندان جرم سیاهچاله ی فوق سنگین کهکشان را تعیین کرده اند. این شیوه - اعمال شده برای اولین بار - نتایجی می دهد که با یک تکنیک سنتی سازگار هستند.

منجمان راههای متفاوت مستقل وزن کردن دقیق بزرگترین سیاهچاله های فوق سنگین (یعنی آنهایی که بیلیونها بار سنگینتر از خورشید هستند) را تا به حال جستجو می کرده اند. تاکنون، روشهای مبنی بر مشاهده ی حرکات ستاره ها یا گاز در صفحه نزدیک چنین سیاهچاله های بزرگی به کار رفته بودند.

 

فیلیپ هامفری- راهنمای تحقیق ازدانشگاه کالیفرنیا در آرواین - گفت: "این کار فوق العاده مهم است؛ به این دلیل که سیاهچاله ها می توانند آشفته باشند واینجا فقط یک جفت از روشهای اندازه گیری وزن آنها با دقت وجود دارد. این اطمینان بخش است که دو روش خیلی متمایز برای اندازه گیری جرم یک سیاهچاله ی بزرگ چنین پاسخهای متشابهی دادند."

اکنون  NGC 4649 یکی از تنها معدودی از کهکشانهایی است که برای آن جرم یک سیاهچاله ی فوق سنگین با دو روش متفاوت اندازه گیری شده است. به علاوه این تکنیک جدید پرتو ایکس تایید می کند که سیاهچاله ی فوق سنگین در NGC 4649 یکی از بزرگترینها در عالم مکان است با جرمی حدود 3.4 بیلیون برابر خورشید ، حدود یک هزار بار بزرگتر از سیاهچاله ی مرکز کهکشان ماست.

تکنیک جدید از امتیاز تاثیر گرانشی سیاهچاله بر گاز داغ نزدیک مرکز کهکشان بهره مند می شود.

 

زمانیکه گاز به آرامی به سوی سیاهچاله نشست می کند، فشرده و داغ می شود. این باعث ایجاد نقطه ی اوجی در درجه حرارت گاز درست نزدیک مرکز کهکشان میشود. برای سیاهچاله های سنگینتر، نقطه ی اوج دمایی بزرگتر توسط چاندرا آشکار شده است .

 

این اثر توسط دو نویسنده همکار (فابریزیو برایجنتی (Fabrizio Brighenti)، دانشگاه بلوگنا ، ایتالیا و ویلیام متیوس (William Mathews) از دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز) تقریبا ده سال پیش پیش بینی شده بود، اما این اولین بار است که این اثر دیده شده و به کار رفته است.

برایجنتی: "شگفت انگیز بود که سرانجام مدرک قانع کننده از اثرات سیاهچاله ی عظیم که ما انتظار داشتیم را ببینیم. ما هیجان زده بودیم که تکنیک جدیدمان درست به خوبی شیوه سنتی تر وزن کردن سیاهچاله کار می کند."

 

سیاهچاله ی NGC 4649 در وضعیتی قرار دارد که به سرعت کشیدن مواد به سوی افق رویدادش نمایان نمی شود، و یا زمانیکه بزرگ می شود مقدار فراوان نور تولید نمی کند. بنابراین، وجود و جرم مرکز سیاهچاله بیشتر به طور غیر مستقیم بوسیله ی پیگیری اثراتش بر ستاره ها و گاز احاطه کننده آن مطالعه شده است. این تکنیک برای سیاهچاله ها در این وضعیت بسیار مناسب است .

 

هامفری: "سیاهچاله های عظیم الجثه شبیه این روشنایی تماشایی قویی در فاصله ی دور درعالم اولیه نشان می دهند اما نه در عالم مکان. بنابراین، ما نمی توانیم منتظر بمانیم تا شیوه ی جدیدمان را برای دیگر کهکشانهای نزدیک پنهان کننده چنین سیاهچاله های نامرئی به کار ببریم ."

این نتایج در شماره ی آینده ی مجله اخترفیزیکی به نظر همه خواهند رسید.

مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا  (NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala.) برنامه ی چاندرا برای نمایندگی دفتر مدیریت ماموریت علوم را اداره می کند. رصدخانه ی اخترفیزیک اسمیتسونیان علوم و عملیات پرواز را از مرکز پرتوایکس چاندرا در کمبریج ایالت ماساچوست نظارت می کند.

ساخت سیاهچاله مصنوعی

در اصل، نظریه پرداران زمانی مطالعات خودشان را بر روی سیاه چاله ها متمرکز کردند که می خواستند نظریه نسبیت عام انیشتین (که بیان می کرد که چگونه جرم ناشی از اشیا از خمیدگی فضا-زمان ناشی می شود) را قبول کنند. پس از آن در سال 1974 فیزیکدان دانشکاه کمبریج، استفن هاوکینگ بر پایه کار یاکوب بکنشتینJacob Bekenstein نشان داد که مکانیک کوانتومی را باید با نسبیت عام پیوند دهیم.

هاوکینگ پیشنهاد داد که لبه ی منطقه ای که دیگر نور هم نمی تواند از آن بگذرد-افق رویداد- خودش می بایستی ذراتی مانند نوترینو یا فوتون را منتشر کند. در مکانیک کوانتومی، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ به ذرات اجازه می دهد که از مناطق خلا در هر زمانی خارج شوند، اگر چه معمولا خیلی سریع بعد از آن از بین می روند. ولی اگر دو ذره یکی در منطقه افق رویداد و دیگری بیرون از آن باشد آن گاه ذره ای که در داخل محدوده ی افق رویداد باشد توسط سیاه چاله جذب خواهد شد و دیگری که بیرون از محدوده است می تواند به راحتی حرکت کند. برای ناظر در این حالت سیاه چاله همانند یک جسم حرارتی و این ذرات "تابش هاوکینگ" سیاه چاله خواهند بود.

این در نظریه و تئوری خوب عمل می کند ولی در واقعیت و عملی، تابش های هاوکینگ خیلی ضعیف تر از آن هستند که بتوان بر روی تابش های درای نویز پس زمینه ای کیهانیCMB که از زمان بیگ بنگ تا به حال به جا مانده اند آن ها را مشخص کرد.سیاه چاله ها بسیار سرد هستند. حتی کوچک ترین سیاه چاله ها، که با توجه به هاوکینگ می بایست گرم ترین دما را داشته باشند باز هم 8 برابر از CMB سردتر است.

به خاطر مواجه شدن با این مشکلات فیزیکدانان این تصمیم را گرفتند تا یک سیاه چاله ی گرم تر را در آزمایشگاه ها بسازند. مشخصا جمع آوری یک مقدار بسیار بزرگ گرانش در یک جا بسیار خطرناک است و غیرممکن است که بتوان به آن نزدیک شد.سیاه چاله های مصنوعی را می توانیم بر پایه سیستمی شبیه به حالتی که خمیدگی فضا-زمان توسط پارامتری دیگر که از انتقال موج متاثر می شود، بسازیم.

"ما نمی توانیم قوانین گرانشی را در محیط خودمان عوض کنیم."این را Ulf Leonhardt در دانشگاه سنت آنریوز University of St Andrews در انگلستان به physicsworld.com گفت. "ولی ما می توانیم پارامتر های متشابه در یک سیستم منقبض شده را عوض کنیم." گروه لئونارد در سنت آندریوز اولین گروهی هستند که می خواهند یک سیاه چاله ای مصنوعی بسازند تا تابش هاوکینگ را بتوان به وسیله ی آن مشخص کرد.

فیزیک ماهی شکل !

ایده ی استفاده از سیستم های مشابه اولین بار توسط ویلیام آنروWilliam Unruh در دانشگاه بریتیش کلمبیا در سال1981 مطرح شد. او تصور کرد که یک ماهی بر خلاف جهت جریان آب قصد گریز از آبشاری را دارد که ما در این حالت آبشار را به عنوان سیاه چاله فرض کرده ایم.و در یک منطقه نزدیک به آبشار جریان آب آن قدر شدت می یابد که دیگر ماهی قدرت گریز را نخواهد داشت مانند یک افق رویداد. آنرو همچنین تصور کرد که چه اتفاقی خواهد افتاد اگر موج هایی از طرف دریا به طرف دهانه ی رود روانه شوند.چون جریان در بالادست رود قوی تر می شود، امواج فقط می توانند تا یک جای معینی بالا بیایند(برخلاف جهت جریان آب) و بعد برگشت می خورند(در جهت جریان آب). در این حالت رود به یک سفیدچاله تبدیل می شود و هیچ چیز نمی تواند به آن واردشود.

در آزمایش سنت آندریوز، که از ضریب شکست یک فیبر نوری به عنوان میدان گرانشی استفاده شد هم سیاه و هم سفید چاله را در بر می گیرد. در این جا ما به این نکته باید توجه کنیم که سرعت نور در حالت عادی فقط به طول موج بستگی ندارد بلکه به ضریب شکست محیط هم بستگی دارد.

گروه کار خودشان را این گونه آغاز کردند که با فرستادن یک پالس نوری در فیبر نوری با استفاده از نتیجه اثر کر ضریب شکست محیط را اصلاح کردند. کم تر از یک ثانیه بعد آن ها یک نور آزمایشی را می فرستند که دارای طول موجی بلند است تا پالس نور را بگیرد. ولی با توجه به ضریب شکست اصلاح شده ی محیط اطراف پالس نوری، نور آزمایشی ما همیشه به اندازه ی کافی دچار کاهش سرعت می شود تا مانع پیشی گرفتن از پالس نوری بشود-بنابراین پالس مانند یک سفیدچاله می ماند. حال اگر گروه نور آزمایشی را از طرف مخالف بفرستد آن گاه نور آزمایشی به پالس نوری می رسد ولی نمی تواند از آن عبور کند-بنابراین پالس نوری مانند یک سیاه چاله می شود.

در حالی که ما معتقدیم که تابش هاوکینگ توسط سیاه چاله های گرانشی ایجاد می شوند حداقل خواصی که ما برای ایجاد آن در آزمایشگاهمان بدان نیازمندیم چیست؟
ریناد پارنتانی، دانشگاه پاریس-سودRenaud Parentani, University Paris-Sud

پشت افق رویداد

لئونارد و هم گروهانش ثابت کردند که افق رویداد سیاه و سفید چاله هایمان را می توانیم با مشخص کردن سرعت نور آزمایشیمان که هیچ گاه بیش تر از سرعت پالس نوری نمی شود، تعیین کنیم. مهمم تر از آن، آن ها این را هم محاسبه کردند که باید ممکن باشد که ذرات تابش هاوکینگ ایجاد شده در دو طرف افق رویداد را با فیلتر کردن نور های باقی مانده در دو طرف فیبر، مشخص کنیم.
مشخص کردن تابش هاوکینگ به فیزیکدانان کمک خواهد کرد تا پلی میان شکاف موجود بین نسبیت عام و مکانیک کوانتمی ایجاد کنند، دو نظریه ای که هنوز کامل نشده است. همچنین این آزمایش می تواند به فیزیکدانان کمک کند تا راز های موجود در طول موج فوتون های تابشی از افق رویداد را بررسی کنند که تصور می شود که از صفر شروع شود قبل از این که تقریبا بینهایت فشرده شود توسط گرانش.
با این وجود، ریناد پارنتانی معتقد است که ممکن است در مدل های آینده ی سیستم های گروهی ممکن است ما تابش یک افق رویداد را ببینیم. تابش ممکن نیست که تمام ویژگی هایی را که ما از یک تابش هاوکینگی که توسط یک سیاه چاله ی اخترفیزیکی انتظار داریم داشته باشد را دارا باشد. برای مثال فیبر نوری به خاطر تجزیه ی نور و پراکندگی دارای محدودیت هایی است یعنی طول موج فوتون های تولید شده در افق رویداد خیلی فشرده نخواهند بود. پارنتی پرسید "در حالی که ما معتقدیم که تابش هاوکینگ توسط سیاه چاله های گرانشی ایجاد می شوند حداقل خواصی که ما برای ایجاد آن در آزمایشگاهمان بدان نیازمندیم چیست؟". "جواب حتی در تئوری هم مشخص نیست. ولی این آزمایشات به ما جسارت این را می دهد تا بر روی مسئله عمیق تر توجه کنیم."

معمای سیاهچاله ها 'حل' شد

دكتر دیوید وایتهاس

یكی از مشهورترین نظریه های فضایی عصر حاضر دایر بر این كه هیچ چیزی قادر به فرار از سیاهچاله ها نیست توسط خالق این نظریه نقض شده است.

استفان هاكینگ، فیزیكدان مشهور و استاد دانشگاه كمبریج می گوید نظریه مشهور او درباره سیاهچاله ها تاكنون اشتباه بوده است.

وی در كنفرانسی با موضوع جاذبه در دابلین گفت كه او در نظریه اش، دایر بر این كه هرچه كه به درون سیاهچاله ها (black holes) سقوط كند نابود می شود، تجدید نظر كرده است.

او اكنون به این نتیجه رسیده است كه سیاهچاله ها ممكن است به "اطلاعات" اجازه فرار دهند. تحقیقات تازه او حتی ممكن است به حل "پارادوكس اطلاعات سیاهچاله" كه یكی از معماهای مهم فیزیك نوین است كمك كند.

او در هفدهمین "كنفرانس بین المللی نسبیت عام و جاذبه" در سالنی آكنده از مخاطبان نظریه تازه خود را در مقاله ای تحت عنوان "پارادوكس اطلاعات برای سیاهچاله ها" ارائه كرد.

او كه از مدت ها قبل فلج شده است از طریق دستگاه سخن ساز رایانه ای تكلم می كرد.

به این ترتیب او نظریه سال 1975 خود را كه حیرت انگیزترین پیشرفت علمی در زمینه مطالعه سیاهچاله ها تلقی می شود اصلاح كرده است.

افق رویداد

سیاهچاله شیئی فضایی است كه اگر چیزی وارد آن شود امكان فرار از آن نخواهد داشت. مرز سیاهچاله "افق رویداد" خوانده می شود. سیاهچاله گاه در اثر فروپاشی ستارگان عظیم به درون خود شكل می گیرد و گفته می شود حتی نور قادر به فرار از آن نیست.

اما اكنون آقای هاكینگ به این باور رسیده است كه سفر به سیاهچاله ممكن است چنانكه تاكنون تصور می شد سفری یك طرفه نباشد.

گری گیبونز، فیزیكدان و استاد دانشگاه كمبریج گفت كه براساس تعریف تازه هاكینگ، افق رویداد سیاهچاله ها از مرز مشخصی كه كلیه محتویات درونی سیاهچاله را از جهان بیرون مجزا كند برخوردار نیست.

آقای گیبونز گفت: "تصور می شد كه زمانی كه چیزی به داخل سیاهچاله سقوط كرد برای همیشه گم و ناپدید شده است و تنها اطلاعاتی كه درباره سیاهچاله باقی می ماند، جرم و سرعت چرخش آن است."

اما این فرض با قوانین فیزیك كوانتوم كه رفتار جهان را در كوچكترین ابعاد (اجزای اتم) توضیح می دهد متغایر است. این قوانین حكم می كند كه اطلاعات نمی تواند برای همیشه از دست برود و نابود شود.

این كه اطلاعات از دست می رود یا نه، دارای پیامدهای مهم عملی و فلسفی است.

پروفسور گیبونز گفت: "خیلی ها می خواستند باور كنند كه اطلاعات می تواند از سیاهچاله فرار كند، اما نمی دانستند فرار آن چگونه ممكن است."

30 سال انتظار

استفان هاكینگ برای سالیان دراز استدلال می كرد كه میدان جاذبه شدید سیاهچاله ها قوانین كوانتوم را به نوعی وارونه می سازد.

او اكنون این اندیشه را كنار گذاشته است.

تعریف تازه پروفسور هاكینگ حاكیست كه سیاهچاله ها هرگز به طور كامل چیزهایی را كه به داخل آنها می افتند نابود نمی كنند و این اجرام تا مدت های طویل به ساطع كردن تشعشعات به جهان بیرون ادامه می دهند و در نهایت سر می گشایند و اطلاعات درون آنها آشكار می شود.

او گفت: "من برای 30 سال به این مساله فكر كرده ام ولی حالا جواب آن را دارم."

منبع : هوپا