سیاهچاله چیست؟
- زمان : ۱۳۹۴/۴/۲۵، ۳:۲۷
- نمایش : ۲٬۱۹۱ دفعه
- موضوع : مبانی نجوم
سیاهچاله چیست و چگونه بوجود می آید؟ اولین بار چه کسی درباره سیاهچاله صحبت کرد؟ افق رویداد چیست؟ در سیاهچاله چه اتفاقی می افتد؟
مقدمه:
ستاره ها بر اثر تراکم ابر گازی داغ و گرد و غبار تشکیل می شوند. هنگامی که ابر گازی به اندازه کافی بر اثر نیروی گرانش متراکم می شود، همجوشی هسته ای (تبدیل اتم های هیدروژن به اتم های هلیم) آغاز می شود. اگر جرم ستاره ای تا 1.4 برابر جرم خورشید باشد، پس از اینکه همه هیدروژن آن به هلیوم تبدیل شد، ستاره دچار رمبش می شود و کوتوله سفید بودجود می آید. اگر جرم ستاره از 1.4 جرم خورشید، یعنی حد چاندراسخار، بیشتر باشد، چرخه کربن در آن اتفاق می افتد. پس از پایان هیدروژن، رمبش ستاره بیش از کوتوله سفید ادامه میابد و ستاره نوترونی که چگالی بیشتری دارد ساخته می شود. ستاره های نوترونی میدان مغناطیسی قوی دارند.
در ستاره هایی که بیش از 8 برابر خورشید جرم دارند، چرخه آلفا جریان دارد. ستاره ای با این وزن، پس از مرگ، آنچنان در خود فرو می ریزد که در فضایی با طول و عرض و ارتفاع صفر قرار می گیرد. این پدیده جدید سیاهچاله است. سیاه چاله قسمتی از فضا است که به خاطر جاذبه بسیار زیادی که دارد تمامی اجسامی که از نزدیکی افق رویداد(Event Horizon) آن عبور کنند را به داخل خود میکشد. نیروی جاذبه یک سیاه چاله به قدری زیاد است که حتی نور قادر به گریز از آن نیست و در هنگام عبور از سیاه چاله به داخل آن کشیده میشود و به همین دلیل سیاه چاله ها قابل رویت نمیباشند.
تاریخچه:
اصطلاح سیاهچاله قدمت چندانی ندارد. جان ویلر، دانشمند آمریکایی، در سال 1969 این تعبیر را سر زبان ها انداخت. حفره سیاه توصیف گرافیکی مفهومیست که حدود دویست سال قدمت دارد.
مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد، نخستین بار از سوی زمین‌شناسی به نام جان میشل درسال ۱۷۸۳ در نامه‌ای که برای هنری کاوندیش از انجمن سلطنتی نوشته بود، مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت گریز شناخته شده بودند. طبق محاسبات میشل جسمی با شعاع خورشید و چگالی ۵۰۰ برابر در سطح خود سرعت گریزی بیش از سرعت نور خواهد داشت و بنابر این غیرقابل مشاهده خواهد بود. در سال ۱۷۹۶ پیر سیمون لاپلاس، ریاضی‌دان فرانسوی همان ایده را در ویرایش اول و دوم کتاب خود به نام آشکارسازی نظام جهان مطرح کرد. این مطالب در ویرایش‌های بعدی کتاب حذف شد.
گرانش در نزدیکی سیاهچاله:
حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.
نسبيت خاص پيش بينى هايى مى كند كه براى ما بسيار عجيبند. مثلاً اينكه ساعت هاى متحرك كندتر كار مى كنند، خط كش هاى متحرك كوتاه ترند. يا اينكه ممكن است مقدارى جرم به انرژى تبديل شود (E=mc2) . تمام پيش بينى هاى نسبيت خاص با دقت بسيار آزموده شده اند و امروزه تقريباً هيچ فيزيك پيشه مطرحى هيچ شكى درباره درست بودن نسبيت خاص ندارد.
پس از آن با پنج سال كار طاقت فرسا اينشتين نظريه اى براى گرانش ساخت و آن را نسبيت عام ناميد. بنابر نسبيت عام گرانش عبارت است از خميده بودن فضازمان علت سخت فهم بودن نسبيت عام اين است كه مبتنى است بر دو ساختار رياضى كه هنوز جزء برنامه هاى درسى مدارس و دبيرستان هاى ما نشده: خميدگى و فضازمان.
تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.
در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.
درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد.
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.
این مطلب تکمیل می شود ....
ستاره ها بر اثر تراکم ابر گازی داغ و گرد و غبار تشکیل می شوند. هنگامی که ابر گازی به اندازه کافی بر اثر نیروی گرانش متراکم می شود، همجوشی هسته ای (تبدیل اتم های هیدروژن به اتم های هلیم) آغاز می شود. اگر جرم ستاره ای تا 1.4 برابر جرم خورشید باشد، پس از اینکه همه هیدروژن آن به هلیوم تبدیل شد، ستاره دچار رمبش می شود و کوتوله سفید بودجود می آید. اگر جرم ستاره از 1.4 جرم خورشید، یعنی حد چاندراسخار، بیشتر باشد، چرخه کربن در آن اتفاق می افتد. پس از پایان هیدروژن، رمبش ستاره بیش از کوتوله سفید ادامه میابد و ستاره نوترونی که چگالی بیشتری دارد ساخته می شود. ستاره های نوترونی میدان مغناطیسی قوی دارند.
در ستاره هایی که بیش از 8 برابر خورشید جرم دارند، چرخه آلفا جریان دارد. ستاره ای با این وزن، پس از مرگ، آنچنان در خود فرو می ریزد که در فضایی با طول و عرض و ارتفاع صفر قرار می گیرد. این پدیده جدید سیاهچاله است. سیاه چاله قسمتی از فضا است که به خاطر جاذبه بسیار زیادی که دارد تمامی اجسامی که از نزدیکی افق رویداد(Event Horizon) آن عبور کنند را به داخل خود میکشد. نیروی جاذبه یک سیاه چاله به قدری زیاد است که حتی نور قادر به گریز از آن نیست و در هنگام عبور از سیاه چاله به داخل آن کشیده میشود و به همین دلیل سیاه چاله ها قابل رویت نمیباشند.
تاریخچه:
اصطلاح سیاهچاله قدمت چندانی ندارد. جان ویلر، دانشمند آمریکایی، در سال 1969 این تعبیر را سر زبان ها انداخت. حفره سیاه توصیف گرافیکی مفهومیست که حدود دویست سال قدمت دارد.
مفهوم جسمی که آن قدر پرجرم است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد، نخستین بار از سوی زمین‌شناسی به نام جان میشل درسال ۱۷۸۳ در نامه‌ای که برای هنری کاوندیش از انجمن سلطنتی نوشته بود، مطرح شد. در آن زمان مفهوم نظریه گرانش نیوتن و مفهوم سرعت گریز شناخته شده بودند. طبق محاسبات میشل جسمی با شعاع خورشید و چگالی ۵۰۰ برابر در سطح خود سرعت گریزی بیش از سرعت نور خواهد داشت و بنابر این غیرقابل مشاهده خواهد بود. در سال ۱۷۹۶ پیر سیمون لاپلاس، ریاضی‌دان فرانسوی همان ایده را در ویرایش اول و دوم کتاب خود به نام آشکارسازی نظام جهان مطرح کرد. این مطالب در ویرایش‌های بعدی کتاب حذف شد.
گرانش در نزدیکی سیاهچاله:
حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.
نسبيت خاص پيش بينى هايى مى كند كه براى ما بسيار عجيبند. مثلاً اينكه ساعت هاى متحرك كندتر كار مى كنند، خط كش هاى متحرك كوتاه ترند. يا اينكه ممكن است مقدارى جرم به انرژى تبديل شود (E=mc2) . تمام پيش بينى هاى نسبيت خاص با دقت بسيار آزموده شده اند و امروزه تقريباً هيچ فيزيك پيشه مطرحى هيچ شكى درباره درست بودن نسبيت خاص ندارد.
پس از آن با پنج سال كار طاقت فرسا اينشتين نظريه اى براى گرانش ساخت و آن را نسبيت عام ناميد. بنابر نسبيت عام گرانش عبارت است از خميده بودن فضازمان علت سخت فهم بودن نسبيت عام اين است كه مبتنى است بر دو ساختار رياضى كه هنوز جزء برنامه هاى درسى مدارس و دبيرستان هاى ما نشده: خميدگى و فضازمان.
تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.
در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.
درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد.
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.
این مطلب تکمیل می شود ....
همه نظرها (۰)