up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله سياهچاله ها PDF
QR code - سياهچاله ها

سياهچاله ها

● آسمان شب:
اگر در يک شب صاف با چشم غير مسلح به آسمان بنگريم تعدادزيادي ستاره، سياره، ماه، ماهواره را مشاهده مي کنيم، حالا فرض کنيم با يک تلسکوپ کوچک در حال مشاهده آسمان هستيم، در اين حالت ممکن است چند خوشه ستاره اي، تعدادي سحابي يا اجرام آسماني ديگر را ببينيم، بعد از اين که با چشم غير مسلح و تلسکوپ کوچک آسمان را مناظره کرديم با يک راديو تلسکوپ عظيم در نيومکزيکو (VLA) يا در کاليفرنيا به رصد آسمان مي پردازيم در اين صورت سطح ماه يا سيارات ديگر نزديک زمين، غول سرخ، کوتوله سفيد يا يک کوازار را مي بينيم به وسيله عکس هاي که تلسکوپ هاي فضايي يا فضا پيماهاي بدون سرنشين از ابرنواختران، خوشه هاي کهکشاني، سيارات، کهکشانها يا سحابي هاي دور دست، شهاب سنگ ها، ستاره دنباله دار و چيزهاي ديگر در اختيار ما گذاشته اند درباره آنها اطلاعاتي را کسب مي کنيم اما اجرام آسماني هستند که باهيچ وسيله اي قابل رويت نيستند مگر اينکه به وسيله نور ديده شوند اين اجرام که سياه چاله نام دارند در صورتي که در حال بلعيدن يک ستاره پرنور باشند ديده خواهند شد. هنگام جذب ستارگان و اجرام آسماني ديگر توسط سياه چاله، مقداري اشعه x و پرتوهاي گاما (در سياه چاله هاي ريز) توليد مي شود که دانشمندان توانسته اند به وسيله دستگاه هاي پيشرفته اين امواج نامرئي را رصد کنند در واقع هدف اين مقاله ايجاد تفکري درست در مورد سياهچاله ها، چگونگي تشکيل آن، ويژگي هاي مادي، اختلالات حاصل از آن در فضا و زمان، نظريات مهم مطرح شده توسط دانشمندان در طول قرن هاي مختلف و نتيجه گيري از آنها مي باشد.
● جسم سياه فوق العاده متراکم:
مي دانيم که هر چقدر اجسام چگالي بيشتري داشته باشند قدرت جاذبه شان هم بيشتر مي شود مثلا اگر زمين ما چگالي اش از اين حد هم بيشتر مي شد موشک هاي ساخته شده، سوخت و انرژي بيشتري نياز داشتند تا بتوانند از جاذبه زمين فرار کنند حال اگر جسمي را تصور کنيم که فوق العاده فشرده و پرچگال باشد که حتي نور، يعني سريعترين چيز در کيهان هم نتواند از تله گرانش آن بگريزد، به تراکم و جاذبه نامحدود سياه چاله ها پي خواهيم برد.
● تصوير سياه چاله
در واقع علت اينکه سياه چاله ها، اجرامي سياه هستند اين است که آنها نوري را که دارند جذب مي کنند و چون همان ستاره هايي هستند که سوخت هسته اي آنها به اتمام رسيده، پس فاقد انرژي بوده و تنهابرتري آنها نسبت به اجرام ديگر آن است که جاذبه بيشتري دارند.
● چگونگي تشکيل سياه چاله ها:
▪ هر آغازي پاياني دارد و هر تولدي مرگ
سحابي هايي که در فضا به طور معلق هستند عامل تشکيل ستاره هاي جديد مي باشند اگر در نزديکي يک سحابي ستاره اي در حال منفجر شدن باشد موجي که از انفجار آن ستاره به سحابي برخورد مي کند باعث مي شود که يک قسمت از سحابي چگالي بيشتري داشته باشد (سحابي ها در حالت عادي چگالي همگن دارند.) يعني اتم هاي هيدروژن به يکديگر مي پيوندند و ملکول هيدروژن توليد مي کنند و به اين ترتيب آن قسمت متراکم تر مي شود. در اين حالت يک نيرو به طرف داخل سحابي و يک نيرو به طرف خارج آن وارد مي شود که نيروي رو به داخل آن به تراکم گاز و غبار تشکيل دهنده ستاره مربوط است (هرچقدر جرم زيادي گاز و غبار در ابعاد کوچک جمع شود نيروي گرانش بيشتر مي شود.) اگر نيرويي که به طرف بيرون وارد مي شود طوري باشد که قسمت چگال تر بتواند از سحابي جدا شود ستاره پديد مي آيد البته وقتي نيروي خارجي که ستاره تازه تشکيل شده به سحابي و نيرويي که سحابي به ستاره مورد نظر وارد مي کند برابر باشد ستاره به شکل کره در مي آيد در هسته ستاره که هم جوشي هسته اي صورت مي گيرد چهار هسته اتم هيدروژن به يک هسته اتم هليم تبديل مي شود که در اين واکنش چند گرم از آن به صورت انرژي آزاد مي شود.
gr)] ۹۶ ۳) He => H+H+H+H ( gr ۴) ، ۰۴ ۰ گرم نيز به صورت انرژي آزاد مي شود. [ البته در ستارگاني که دماي هسته آنها زياد است عناصر سنگين تر ديگري مثل کربن هم توليد مي شود مقدار انرژي حاصل از هم جوشي هسته اي از رابطه E=mc۲ انيشتين قابل محاسبه است ( E انرژي آزاد شده و m جرم ماده مورد نظر C سرعت نور)
ستاره ها ميليونها يا ميلياردها سال به همين ترتيب به بقاي خود ادامه مي دهند اما زماني که ديگر هيدروژني براي توليد انرژي باقي نمانده باشد مرگ ستاره فرا مي رسد در اواخر عمر ستارگان آنها به غول سرخ تبديل مي شوند يعني ستاره ابتدا منقبض مي شود بعد آن قدر انرژي ذخيره شده زياد مي شود که ستاره را منفجر مي کند در اين حالت چون دما کاهش مي يابد رنگ ستاره به سرخي مي گرايد.
ستارگاني که به اندازه خورشيد يا کوچکتر هستند به کوتوله سفيد تبديل مي شوند (جسم کوچک گرم) که طبق محاسبات انجام شده توسط دانشمندان مشخص شده که يک قاشق چايخوري از ماده کوتوله سفيد به اندازه ۳ الي ۴ تن جرم دارد. اما اگر اندازه ستاره ۴ ۱ برابر جرم خورشيد باشد ستاره نوتروني پديد مي آيد در اين نوع ستاره، الکترون و پروتون با هم ترکيب شده و نوترون توليد مي شود. که يک قاشق چايخوري آن برابر ۵ ميليون تن سنگيني دارد.
اگر جرم ستاره مد نظر ۳ تا ۵ ۳ برابر جرم خورشيد باشد آن ستاره به سياه چاله تبديل مي شود . و اين اتفاق زماني رخ مي دهد که ستاره سوخت هسته اي خود را به طور کامل تمام کرده است و در نيتجه نيروي گرانش موجود در خود آن بر ستاره غلبه کرده و باعث فرو ريزش آن به داخل و تشکيل سياه چاله مي شود. از اين موضوع مي توان نتيجه گرفت که سياه چاله ها از ستارگان بسيار متراکم و پرجرم و بزرگ به وجود مي آيد و خورشيد هيچگاه به سياه چاله تبديل نمي شود.
● نظريات دانشمندان راجع به سياه چاله ها:
۱) نظريه انحناي فضا – زمان انيشتين (در سال ۱۹۱۷):
فرض کنيد بر روي يک تشک گلوله سنگيني مي اندازيم در اين حالت خواهيم ديد که گلوله حالت انحنايي روي تشک ايجاد کرده است حال اگر توپ کوچکي را هم روي تشک رها کنيم اين توپ از انحناي ايجاد شده عبور کرده و پيش گلوله خواهد افتاد. ماجراي سياه چاله ها هم طبق نظريه نسبيت عام انيشتين درست به همين صورت است به طوري که جرم زياد سياه چاله ها باعث انحناي فضا – زمان مي شود و اجرام را به طرف خود مي کشد و يک حلقه زماني در سياه چاله ايجاد مي شود که اگر فرضاً شما از اين حلقه عبور کنيد احساس خواهيد کرد زمان دچار اختلال شده است و فردا همان ديروز مي شود که در اين حالت هر روز شما به عقب برمي گرديد.
۲) نظريه وجود سياه چاله هاي ريز:
اين نظريه در سال ۱۹۷۱ توسط استفن ويليام هاوکينگ (Steven wiliam Hawking) ارايه شد طبق گفته هاوکينگ در آغاز پيدايش جهان (و زمان) که مهبانگ (Bjg bang) رخ داد تعدادي از ذرات معلق در فضا به علت فشار و چگالي بسيار زياد ماده به يکديگر پيوسته و سياه چاله هاي ريز (mini – blackholes) را که اندازه بعضي از آنها برابر اندازه يک سياره مي باشد و بعضي ديگر به قدري کوچک و پرچگال هستند که تقريباً به اندازه يک پروتون حجم و در حدود يک ميليارد تن جرم دارند. و مي توان اينطور توجيه کرد که تشکيل سياه چاله هاي ريز در واقع به خاطر وجود شرايط جوي استثنايي، در آن زمان اتفاق افتاده است. بنابر محاسبات انجام شده توسط هاوکينگ، برخي از اختر شناسان تصور مي کنند که اگر سياه چاله هاي ريزي که در زمان مهبانگ تشکيل شده اند، وجود داشته باشند احتمالاً بايد در زمانهاي نه چندان دور منفجر شوند که اگر اين اتفاق بيفتد پرتوهاي گاما توليد خواهند شد که مي توان با دستگاههاي پيشرفته آنها را رصد کرد.
استفن هاوکينگ اين نظريه را با استفاده از ترکيب نظريه نسبيت عام انيشتين و مکانيک کوانتومي مطرح کرده است.
۳) محاسبات و نظريات کارل شوآرتسشيلد:
نظريه شوآرتسشيلد که در سال ۱۹۱۶ ارايه شد. بيانگر آن است که وقتي جرم زيادي از ماده در جسم کوچکي جمع شود ماده حاصله بسيار متراکم خواهد شد که اين همان مفهوم سياه چاله مي باشد.
● شعاع شوآرتسشيلد (انحناي فضا - زمان)
يعني فاصله مرکز تا شعاع قسمتي که نور در آن محوطه قادر به فرار نمي باشد را به اين دليل که اولين بار شوآرتسشيلد آن را محاسبه کرد به نام شعاع شوآرتسشيلد خواندند. طبق اين محاسبات دانشمندان امکان وجود تکينگي (Singularity) (محلي که اجرام بلعيده شده توسط سياه چاله در آنجا ته نشين مي شوند) را مطرح کردند. که در اين محل ديگر قوانين نيوتون و انيشتين کارساز نمي باشد. علاوه بر اينها در بيروني ترين قسمت سياه چاله ها مرزي وجود دارد که افق پديده (Event Horizon) ناميده مي شود که اگر چيزي به آن وارد شود ناچار به طرف مرکز سياه چاله رانده خواهد شد.
۴) نظريه تبخير سياه چاله ها:
اين نظريه نيز توسط استفن هاوکينگ بيان شد و گفته شد که مقداري از انرژي گرانشي سياه چاله ها که از حد شعاع شوآرتسشيلد هم فراتر مي روند قسمتي از جرم آنها را نيز به همراه خود مي برند که اين موضوع باعث مي شود سياه چاله ها به مرور زمان تبخير شوند اما ميزان تبخير به جرم اوليه سياه چاله بستگي دارد که هر چقدر چگال تر باشد ميزان بدست آوردن جرم (با ربايش بيشتر) بالاتر از موقعي هست که جرم خود را از دست مي دهد بنابراين عملاً اين گونه سياه چاله ها از لحاظ جرمي ثابت باقي مي مانند ولي در سياه چاله هاي کوچکتر اين موضوع بر عکس مي باشد.
● چگونگي و مراحل جذب اجرام توسط سياه چاله ها:
زماني که يک جرم آسماني مثلاً ستاره اي در نزديکي سياه چاله اي قرار مي گيرد، مراحل زير اتفاق مي افتد:
۱) ابتدا گاز و غبار ستاره که قسمت هاي کم چگال آن هستند به صورت حلقه اي دور سياه چاله مي گردند و به مرور جذب آن مي شوند
۲) سيارات و قمرهاي ستاره و در صورت امکان منظومه آن، ذوب و کم چگال شده و در داخل سياه چاله فرو مي روند و در نهايت
۳) خود ستاره شکار سياه چاله خواهد شد.
● نتيجه گيري:
تاکنون انسان توانسته است هزاران هزار چيز مختلف را در اين جهان شناسايي کند اما باز هم ميلياردها ميليارد چيز ديگر در قلب عالم هستي نهفته هست. هر يک از دانشمندان سعي در اين دارند که حداقل يکي از درهاي رو به علم را بگشايند و هر محقق هم تلاش مي کند کليد هر يک از اين درها را پيدا کند.
تحقيق در مورد سياه چاله ها که يکي از هزاران اجرام پيچيده و شگفت انگيز در اين جهان هستند امري مهم هست. اطلاعات قطعي ما در مورد سياه چاله ها بسيار اندک است چون آنها قابل رويت نيستند و جاذبه زيادي دارند و چيزي نمي تواند به آنها نزديک شود در غير اينصورت تبديل به انرژي شده و جذب سياه چاله مي شوند اما سوالهاي زيادي که شايد هنوز جوابي براي آنها پيدا نشده در ذهن ما و ساير علاقه مندان به نجوم باشد از جمله اينکه:
۱) آيا مي توان گفت که چگونگي عمل مثلث برمودا و عمل سياه چاله ها مشابه است؟
۲) آيا سياه چاله ها در فضا حرکت مي کنند؟ در غير اينصورت، چگونه مي توانند ستاره ها يا اجرام آسماني ديگر را به خود جذب کنند، مگر ستاره ها مدار مشخصي ندارند اگر چنين باشد ستاره بايد در اولين گردش خود به دور مدارش در تله سياه چاله بيفتد.
۳) آيا سياه چاله ها با گرانش بيشتر مي توانند سياه چاله هاي کم جاذبه را ببلعند؟
۴) آيا سياه چاله هاي کوچکتر به دور سياه چاله هاي بزرگتر مرکزي مي گردند؟

● مفاهيم پايه: طبق نظريه ، نسبيت عام ، گرانش انحنا دهنده فضا زمان است. فضاي حول ستاره به نحو بارزي خم مي شود در لحظه اي که هسته ستاره تبديل به حفره سي ...

بطور کلي ستارگان داراي مراحل مختلف جنيني ، کودکي و جواني و پيري هستند. پس از اکتشاف برابري جرم و انرژي توسط انيشتين ، دانشمندان تشخيص دادند که کليه ست ...

سياهچاله ها مناطقي از فضا مي باشند که نيروي گرانش در آنجا به قدري زياد است که هيچ چيز نمي تواند از آن منطقه بگريزد. سياهچاله ها قابل رويت نيستند و در ...

● تاريخچه مفهوم جسمي بسيار پرجرم كه حتي نور نيز نمي تواند از آن بگريزد نخستين بار در سال ۱۷۸۳ توسط يك جغرافي دان انگليسي به نام جان ميشل ارائه شد. در ...

پايان عمر ستارگاني که روزگاري درخشان بودند، زيباست و ما در زير آسمان شب شاهد هزاران ستاره يي هستيم که روزي خواهند مرد. تولد، عمر و سپس مرگ تمامي ستارگ ...

شايد محققان نتوانند نخستين ستاره هاي جهان را از پشت تلسکوپ هاي شان ببينند اما اين مسئله باعث نمي شود که آنها از تلاش براي درک چگونگي پيدايش اين کره ها ...

جالب است بدانيد که ستارگان هم مانند موجودات زنده متولد مي شوند، زندگي مي کنند و سپس مي ميرند، ولي طول زندگي آنها بسيار طولاني است. متاسفانه عمر کوتاه ...

بر پايه ي بررسي هاي تازه اي ادعا شده که خورشيد کوچک تر از آن چيزي است که تصور مي شود. اگر اين گونه باشد، آن گاه ويژگي هاي ديگر خورشيد مانند دماي دروني ...

دانلود نسخه PDF - سياهچاله ها