up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله سياه چاله PDF
QR code - سياه چاله

سياه چاله

سياه چاله (BLACK HOLE)

سياه چاله تمرکز عظيمي از جرم است که نيروي جاذبه آن مانع عبور اجسامي که از افق رويداد آن-نه آنهايي که از تونل کوانتومي(شعاع هاوکينگ) مي گذرند-مي شود. نيروي گرانش آن قدر شديد است که سرعت گريز از افق رويداد آن بيشتر از سرعت نور است.اين مطلب بر اين دلالت دارد که هيچ چيز حتي نور در افق رويداد سياهچاله قادر نيست از جاذبه آن فرار کند. هر چند ، اين تئوري وجود دارد که کرم چاله باعث مي شود که جسمي بتواند از سياه چاله بيرون آيد. واژه سياه چاله گسترده است، بنابراين به يک چاله در معناي حقيقي اشاره نمي کند بلکه به مکاني از فضا اشاره مي کند که هيچ چيز از آن مکان بيرون نمي آيد. وجود سياه چاله در جهان توسط مشاهدات نجومي به خصوص مطالعه اشعه X بيرون آمده از تششعات فعال کهکشاني و تششعات دودوئي به طور کامل به اثبات رسيده است.
* تاريخچه:
مفهوم جسمي عظيم که حتي نور نيز نمي تواند از آن فرار کند توسط زمين شناس انگليسي جرج مايکل در سال 1783 در برگه اي که به جامعه سلطنتي فرستاده شد بيان شده است. در آن زمان نظريه ي گرانشي نيوتون و مفهوم سرعت گريز قطعي و واضح بود. مايکل محاسبه کرد که روي سطح جسمي با شعاع500 برابر بزرگتر از شعاع خورشيد با همان چگالي خورشيد سرعت گريز برابر سرعت نور است بنابر اين چنين جسمي غير قابل ديدن مي باشد.
طبق گفته ي خود او : اگر شعاع کره اي با چگالي برابر چگالي خورشيد 500 برابر شود و جسمي از ارتفاع نا محدود بر روي آن سقوط کند سرعت سقوط بر روي سطح آن از سرعت نور نيز بيشتر خواهد بود. اگر نور نيز به تناسب جرم سکونش توسط اين نيرو (در مقايسه با نيروي ساير اجسام) کشيده مي شد تمام نوري که از جسم ساطع مي شد به سبب گرانش زياد به جسم باز مي گشت.
هر چند تفکر او بعيد بود اما مايکل بر اين عقيده بود که اجسام غير قابل رؤيت بسياري در کيهان وجود دارند.
در سال 1796 رياضي دان فرانسوي پير سامون لپيس مشابه چنين عقيده اي را در کتاب اول و دوم خود سيستم جهان ترويج داد. اين عقيده در کتاب هاي بعدي تکرار نشد. تمام عقيده اي که در قرن 19 توجه اندکي به آن شد اين بود که از آن جايي که گمان مي رفت نور داراي جرمي اندک است نيروي جاذبه تداخلي در آن ندارد.
در سال 1915 انيشتين نظريه ي جاذبه خود را با نام نظريه ي جاذبه عمومي انتشار داد. قبل از آن وي نشان داد که جاذبه در نور تداخل دارد. چند ماه بعد کارل شوارتسشيلد راه حلي براي مبحث جاذبه چنين اجرامي ارائه داد که نشان مي داد آنچه را ما اکنون به نام سياه چاله مي شناسيم به طور تئوري امکان وجود دارد. شعاع شوارتسشيلد همان شعاع افق رويداد سياه چاله هاي ساده است که در گذشته به درستي درک نمي شد.خود شوارتسشيلد وجود آن را به طور فيزيکي قبول نداشت.
در سال 1920 سابراهمان چانداراشکار به اين نتيجه رسيد که نظريه ي نسبيت خاص بيان مي کند که يک جسم غير چرخان که جرم آن 1.44 بار بيشتر از جرم خورشيد است ( اکنون با نام حد شوارتسشيلد شناخته شده است) از آنجائي که در ان زمان چيزي شناخته نشده بود که مانع آن شود، متلاشي مي شود . اين نظريه با نظريه ي آرتور ادينگتون که چيزي اجتناب ناپذير مانع اين متلاشي شدن است در تضاد بود. هر دو نظريه درست بودند. ار آنجايي که جرم کوتوله ي سفيد از حد چاندارشکار بيشتر بود متلاشي مي شد و يک ستاره ي نوتروني را بوجود مي آورد. هر چند يک ستاره نوتروني با جرم بيشتر از سه برابر جرم خورشيد نيز در برابر متلاشي شدن ناپايدار است.
در سال 1939 رابرت آفنهيمر و اچ-سنيدر پيش بيني کردند که ستارگان سنگين مي توانند دستخوش يک تلاشي گرانشي مهيج شوند. بر اين اصل سياه چاله ها مي توانند در طبيعت شکل بگيرند.اين اجسام از آنجايي که تلاشي مي تواند به سرعت کاهش يابد و در نزديکي شعاع شوارتسشيلد به قرمز ميل کند زماني ستارگان يخ زده نماميده ميشدند .رياضيات نشان مي دهند که بيننده خارجي مي تواند سطح ستاره را زماني که از آن شعاع عبور مي کند در يک لحظه يخ زده ببيند.هر چند که اين اجسام نظري تا اواخر سال 1960 آن قدر ها مورد علاقه افراد نبود ، بسياري از فيزيک دانان بر اين عقيده بودند که اين ويژگي عجيبي از راه حل متانسب پيدا شده توسط شوارتسشيلد است و اين اجسام متلاشي شده در طبيعت سياه چاله را بوجود نمي آورد.
علاقمندي به سياه چاله در سال 1967 به علت فعاليت هاي تجربي و نظري دوباره بالا گرفت. استفان هاکينگ و راجر پنرز ثابت کردند که سياه چاله ها خصوصيتي عام در نظريه ي گرانشي انيشتين است و نمي توان از اجسام متلاشي شونده دوري جست . علاقمندي ها در کميته نجومي با کشف تپ اخترها دوباره تازه شد. مدت کوتاهي پس از آن استفاده از بيان سياه چاله توسط جان ويلر ابداع شد.اشياء کهن تر نيوتوني مايکل و لاپلاس با نام ستارگان تاريک شناخته مي شوند تا آن ها را از سياه چاله ها س نسبيت عام باز شناسيم.
* شواهد :
يک سياه چاله (شبه آن) با جرم 10 برابر خورشيد که از 600 کيلومتري راه شيري ديده شده است.( دوربين افقي با زاويه باز 90 درجه)
* شکل:
نسبيت عام( مانند ساير نظريه هاي استاندارد در مورد جاذبه) تنها وجود سياه چاله ها را اعلام نمي کند بلکه در واقع ايجاد آن ها را در طبيعت زماني که جرم کافي در قسمتي از فضا طي عملي با نام تلاشي جاذبه اي فشرده شود ، پيش بيني مي کند . به عنوان مثال اگر شما خورشيد را طوري فشرده کنيد که شعاع آن به 3 کيلومتر يعني جهار ميليونيم اندازه اکنونش برسد به سياه چاله تبديل مي شود.هنگامي که جرم در مکاني از فضا افزايش مي يابد جاذبه ي آن هم شديدتر مي شود – يا در زبان نسبيت فضا در اطراف آن با افزايش ناموزوني همراه خواهد شد. سرانجام جاذبه آن چنان شديد خواهد شد که چيزي قادر به گريز از آن نخواهد بود ، يک افق رويداد تشکيل مي گيرد و ماده و انرژي به اجبار در طي يک تلاشي تکينه مي شوند.
تحليل مقداري از اين نظريه ما را به اين پيش بيني مي رساند که بازمانده يک شبه ستاره که جرمي بيشتر از 3 تا 5 برابر خورشيد داشته باشد ( حد تولهام-آفنهيمر-ولکاف) به علت فشار تبهگني قادر به ماندگاري به صورت ستاره نوتروني نيست و به ناچار در پي يک تلاشي به سياه چاله تبديل مي شود. پيش بيني مي شود که اين بازمانده هاي شبه ستاره ها با چنين جرمي سرانجام ستاره هايي با جرم 25-30 برابر خورشيد است يا توسط افزايش جرم براي تبديل به يک ستاره نوتروني توليد مي شود.
تلاشي شبه ستاره ها ميتواند سياه چاله هايي را بوجود آورد که حداقل 3 برابر جرم خورشيد جرم دارند.سياه چاله هاي با جرم کمتر از اين مقدار فقط زماني شکل مي گيرند که جرم آن ها تحت فشار کافي از منبعي جز جاذبه خودشان قرار گيرد. فشار زيادي که در مراحل اوليه ي خلقت جهان گمان مي شد احتمالاً نخستين سياه چاله ها را بوجود آورد که جرمي کمتر از جرم خورشيد داشتند.
اين باور وجود دارد که سياه چاله هاي بسيار پر جرمتر در مرکز اکثر کهکشان ها شامل کهکشان راه شيري خودمان قرار دارند.اين گونه سياه چاله ها داراي جرمي معادل ميليون تا بيليون برابر جرم خورشيد هستند و چند راه براي تشکيل اين گونه سياه چاله ها وجود دارد. يک راه از طريق تلاشي ستارگان خوشه اي چگال است. راه دوم به وسيله ي مقدار زيادي از جرم است که در حجم کوچک مثل دانه ي سياه چاله تشکيل يافته از شبه ستاره ها متراکم مي شوند . سومين راه از طريق تکرار ترکيب سياه چاله هاي کوچکتر است.
سياه چاله هاي با جرم متوسط داراي جرمي بين سياه چاله هاي پر جرم و سياه چاله هاي تشکيل يافته توسط شبه ستاره ها يعني در حدود هزار برابر جرم خورشيد هستند. سياه چاله هاي با جرم متوسط به عنوان منبع احتمالي اشعه هاي بسيار درخشان ايکس پيشنهاد شده است و در سال 2004 اکتشاف به نقطه رسيد که يک سياه چاله هاي با جرم متوسط به دور سياه چاله پر جرم صورت فلکي قوس 1 ( (Sagittarius A* در وسط کهکشان راه شيري مي چرخد. اين اکتشاف انکار شد.
مدل هاي قطعي يکپارچه شده ي چهار نيروي بنيادي به اطلاعات در مورد ميکرو سياه چاله ها در شرايط آزمايشگاهي امکان مي دهد. اين ادعا که جاذبه با ساير نيرو ها يکپارچه شده با يکپارچگي ساير نيروهااز آنجا که با انژي پلانک ( که خيلي بيشتر است) در تضاد است قابل مقايسه است. اين به ما امکان توليد سياه چاله هاي بسيار کوتاه عمر در شتاب دهنده هاي کوچک زميني را مي دهد. هيچ گونه مدرک قطعي از توليد اين گونه سياه چاله در دست نيست در حالي که يک نتيجه منفي محدوديت فشرده سازي براي اجسام بزرگ ابعاد را از نظريه هاي طولاني و مدل هاي فيزيک بيرون خواهد آورد.
* مشاهدات:
- اطلاعات در مورد تابش بيروني از ديسک به هم فشرده يک سياه چاله:
در نظريات ، هيچ جسمي حتي نور قادر به عبور به بيرون از افق رويداد يک سياه چاله نيست هر چنر سياه چاله ها مي توانند با مقايسه پديده هاي اطراف آن مانند جاذبه هاي ذره بيني ، تابش هاي کيهاني و ستارگاني که به دور فضايي غير قابل رؤيت مي چرخند مشاهده شوند.
اثر بسيار آشکار از اجسامي است که درون سياه چاله مي افتند که پيش بيني مي شود اين اجسام در ديسکي به هم پيوسته بسيار داغ و چرخان جمع مي شوند. اين چسبندگي داخلي ديسک ها سبب گرماي بالا و خروج مقدار عظيمي از اشعه هاي ايکس و فرا بنفش مي شود . اين عمل بسيار مناسب است و 50 درصد انژي جرم سکون را برخلاف ترکيبات هسته اي که مقدار اندکي از جرم را به انژي تبديل مي کنند ، به تششع تبديل مي کند. اثر قابل مشاهده ديگر تابش هاي باريک ذرات در سرعت هاي نسبيتي بر فراز محور هاي ديسک است.
هر چند ديسک هاي به هم پيوسته و اشياي چرخان تنها به دور سياه چاله ها شناخته نشدند و وجود آنها در اطراف اشيايي مثل ستارگان نوتروني و کوتوله هاي سفيد هم مشاهده شده است ، مکانيک حرکت اين اشياء نزديک جذب کننده هاي غير سياه چاله ها بسيار شبيه مکانيک حرکت اشيا نزديک سياه چاله هاست.اين اکنون يکي از فعالترين و پيچيده ترين مباحث تحقيقي در فيزيک پلاسما و مغناطيس براي پي بردن به آنچه مي گذرد است. از اين رو براي بيشتر قسمت ها ، مشاهده ديسک هاي به هم پيوسته و حرکت هاي مداري به ندرت نشان دهنده ي اجسام فشرده با چنان جرم هايي است در حالي که در مورد طبيعت آن شيء بسيار اندک سخن مي گويد. تشخيص يک شيء به عنوان سياه چاله به فرضيات بيشتري نياز دارد زيرا اشياي ديگر( يا سيستم مرزي اشياء) نمي وتناد اين چنين پر جرم و فشرده باشد. بيشتر متخصصين اخترفيزيک اين مورد را از آنجايي که بر اساس نسببت عام هر جرم متمرکز با چگالي کافي در اثر تلاشي به سياه چاله تبديل مي شود ، قبول دارند .
يکي از مهمترين تفاوت هاي مشاهدات سياه چاله و ساير اشياي پر جرم فشرده اين است که هر ماده سقوط کننده به درون سرانجام در حالي که سرعتي نسبيتي دارد در پي تصادم انتشار مي کند همان طور که انرژي جنبشي به گرمايي تبديل مي شود . به علاوه سوختن گرما هسته اي ممکن است بر روي سطح ساخته شده اجسام رخ دهد. اين عمل اشعه هاي غير عادي بسيار درخشان ايکس و ساير تششعات شديد را توليد مي کند. بدين گونه نداشتن چنين درخشندگيهايي به دور ديسک هاي به هم پيوسته ي جرم بدون سطح که ماده در آن جا جمع مي شود به عنوان مدرکي دال بر وجود سياه چاله است.
اکنون يک اندازه در شواهد تقريبي ستاره شناسي براي طبقه يندي جرمي سياه چاله ها وجود دارد:
- سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره اي با جرم يک ستاره معمولي ( 4 تا 15 برابر جرم خورشيد)
- سياه چاله هاي پر جرم با جرمي بين 105 تا 1010 جرم خورشيد.
در واقع شواهدي هم براي سياه چاله هاي با جرم متوسط که جرمي بين چند صد تا چند هزار برابر جرم خورشيد دارند وجود دارد . اين سياه چاله ها احتمالاً از منابع انتشار تششعات بسيار درخشان ايکس است
نمونه هاي سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره ها عمدتا با ديسک هاي به هم پيوسته ي با اندازه و سرعت طبيعي و بدون وجود روشنايي غير عادي به جر براي ديسک هاي اطراف اشياي فشرده ، شناخته مي شوند. سياه چاله هاي با جرم شبه ستاره ها ممکن است عامل نشر اشعه گاما متوالي باشند ،اين باور وجود دارد که اشعه گاما متوالي کوتاه عمر به سبب تصادم ستاره هاي نوتروني که با ادغام شدن آن ها سياه چاله ها شکل مي گيرند، نشر مي شوند. مشاهده اشعه گاما متوالي کوتاه عمر بلند با حضور ابرنواخترها موجب نيل به اين نتيجه مي شود که اشعه گاما متوالي کوتاه عمر بلند به سبب ستارگان تلاشي شونده – ستارگاني پر جرم که هسته آن ها براي تشکيل دادن يک سياه چاله از طريق کشش ماده احاطه کننده آن متلاشي مي شود- نشر مي شوند.
بنابراين اشعه گاما متوالي کوتاه عمر نشان دهنده تولد يک سياه چاله جديد است که آن کمکي براي جستجوي سياه چاله هاست.
* نمايشي هنري از ادغام دو سياه چاله
نمونه هاي ستارگان پر جرمتر ابتدا با توجه به تششعات فعال کهکشاني و کوازارها به وسيله ي راديو نجومي در سال 1960 کشف شد. تبديل مقدار کافي جرم به انرژي توسط اصطکاک در ديسک هاي به هم پيوسته ي سياه چاله مي تواند تنها توضيحي براي توليد مقدار زيادي انرژي توسط اين اجسام باشد. در واقع مقدمه اين نظريه در سال 1970 يک مخالفت عمده - کوازارها کهکشان هايي دور هستند يعني هيچ دستگاه فيزيکي قادر به توليد چنين انرژي نيست -را رفع کرد.
بر طبق مشاهدات ستاره هاي محرک به دور مرکز کهکشان در سال 1980 اکنون اين باور وجود دارد که در اکثر مراکز کهکشان ها همچنين کهکشان راه شيري ما سياه چاله وجود دارد. به طور عمده اکنون مورد قبول است که صورت فلکي قوس 1 ( (Sagittarius A* در مرکز کهکشان راه شيري مکان يک سياه چاله پر جرم است. مدارهاي (ستاره اي) ستارگاني که در فاصله ي حدود 3 يا 4 آ. يو ( AU = Astronomical Unit ) از
*Sagittarius A قرار دارند، عدم وجود هر گونه جسم به جز يک سياهچاله در مرکز کهکشان راه شيري را تاييد ميکند که ما را بر اين گمان ميدارد که قوانين استاندارد کنوني فيزيک صحيح ميباشند.
تابش هاي خارج شده توسط کهکشان M87 در اين تصوير گمان اين را مي برد که بر اثر يک سياه چاله پر جرم در مرکز کهکشان بوجود آمده است.
اين تصوير نشان مي دهد که ممکن است در مرکز تمام کهکشان ها يک سياه چاله پر جرم وجود داشته باشد و اين سياه چاله منتشر کننده مقدار عظيمي امواج گاز و غبار را در مرکز کهکشان يکپارچه کرده است. – تا زماني که تمام جرم فرو برده شود و اين عمل پايان يابد. اين تصوير به زيبايي نشان مي دهد که چرا هيچ کوازاري وجود ندارد.
هر چنر که جزئيات به خوبي مشخص نيست گمان مي رود که رشد سياه چاله به رشد کره اي که سياه چاله در آن وجود دارد - کهکشان بيضوي يا برآمدگي کهکشان مارپيچي- ارتباط دارد.
در سال 2002 تلسکوپ هابل شواهدي از وجود يک سياه چاله با جرم متوسط در خوشه هاي کروي M15 و G1 بدست آورد . اين شواهد براي سياه چاله ها از سرعت مداري ستاره هاي خوشه هاي کروي بدست آمد هر چند گروهي از ستارگان نوتروني هم چنين شواهدي را موجب مي شوند.
* اکتشافات کنوني :
در سال 2004 منجمان 31 نمونه براي سياه چاله هاي پر جرم با مطالعه کوازارهاي تاريک بدست آوردند. رهبر گروه بيان داشت که اين مقدار 2 تا 5 برابر تعداد سياه چاله هاي پيش بيني شده بود.
در جون سال 2004 منجمان يک سياه چاله پر جرم را با نام Q0906+6930 در مرکز کهکشاني در فاصله 12.7 بيليون سال نوري از ما کشف کردند. اين مشاهده نشان دهنده سرعت تشکيل سياه چاله هاي پر جرم را در اوايل خلقت بيان داشت.
در نوامبر سال 2004 گروهي از منجمان اکتشاف اولين سياه چاله با جرم متوسط را در مرکز کهکشان ما بيان داشتند. اين سياه چاله در فاصله 3 سال نوري از صورت فلکي قوس 1 ( (Sagittarius A* قرار داشت. اين سياه چاله با جرمي معادل 1300 خورشيدکه در خوشه اي با هفت ستاره قرار داشت احتمالا بقاياي يک ستاره پر جرم خوشه اي است که به وسيله مرکز کهکشاني جداسازي شده است. اين مشاهدات مي تواند تائيد کننده اين عقيده باشد که سياه چاله هاي پرجرم توسط جذب و بلعيدن سياه چاله هاي کوچک تر و ستارگان نزديک به آن ها رشد مي کنند.
در فوريه سال 2005 يک ستاره آبي رنگ بزرگ با نام SDSS J090745.0+24507 در حالي کشف شد که کهکشان راه شيري را با دو برابر سرعت گريز ( 0.0022 برابر سرعت نور ) ترک مي کند. مسير اين ستاره ممکن است مرکز کهکشان را در پي داشته باشد. سرعت بالاي اين ستاره نظريه ي وجود سياه چاله پر جرم را در مرکز کهکشان تائيد مي کند.
شکل ميکروسياه چاله ها در شتاب دهنده هاي کوچک به طور تجربي نه به طور قطعي انتشار يافته است. مدت طولاني است که نمونه اي براي نخستين سياه چاله مشاهده نشده است.
ويژگي ها و نظريات:
سياهچاله ها به مفهوم نظريه ي عام نسبيت در انحناي فضا-زمان نياز دارند. ويژگي برجسته آن ها بر اساس انحناي هندسي فضاي اطراف آن ها بنا شده است.
افق رويداد :
سطح سياه چاله با نام افق رويداد که پوسته اي خيالي در اطراف جرم سياه چاله است ، شناخته مي شود. استفان هاوکينگ اثبات کرد که توپولوژي افق رويداد يک سياه چاله غيز چرخان يک کره است. در افق رويداد سرعت گريز معادل سرعت نور است. از اين گذشته هر چيزي حتي يک فوتون به علت وجود جاذبه شديد در درون افق رويداد يک سياه چاله قادر به گريز از آن نيست. ذرات خارج از اين محدوده مي توانند به درون آن سقوط کنند ، از افق رويداد بگذرند و ديگر هرگز قادر به بيرون آمدن از آن نيستند.
از آنحايي که بينندگان خارجي به علت نسبيت عام کلاسيک قادر به کاوش درون سياه چاله نيستند سياه چاله ها کلا توسط سه پارامتر نشان داده مي شوند : جرم ، تکانه زاويه اي و بار الکتريکي. اين قوانين توسط جان ويلر در اين جمله خلاصه شد: سياه چاله مو ندارد. به اين معني که هيچ ويژگي به جز جرم ، تکانه زاويه اي و بار الکتريکي وجود ندارد که بتوان يک سياه چاله را از ديگري تميز داد .
انحناي فضا-زمان و چهارچوب مراجع:
اشيا در ميدان هاي گرانشي کند شدن زمان – اتساع زمان - را تجربه مي کنند. اين پديده به طور تجربي در راکت اسکات در سال 1976 تحقيق شد و براي مثال در سيستم GPS محاسبه شد. در نزديکي افق رويداد اتساع زمان به سرعت رشد مي کند. براي بينندگان دور حرکت جسم سقوط کننده کند مي شود و به افق رويداد نزديک مي شود اما هيچ گاه به آن نمي رسد. سرعت هيچ فوتون در حال گريزي کاهش نمي يابد يلکه تنها به قرمز ميل مي کند. از نظر چارچوب مرجع اجسام سقوط کننده جسم از افق رويداد مي گذرد و در مدتي محدود به تکينگي مرکز سياه چاله مي رسد.
درون افق رويداد :
فضا-زمان در افق رويداد يک سياه چاله غير چرخان پر نشدهبه علت اين که تکينگي سرانجام هر چيز است ، داراي ويژگي هاي عجيب است. ينابراين هر ذره اي بدون استثنا به طرف آن مي رود ( پنروز و هاوکاينگ). اين به اين معني است که يک اشتباه خيالي در مفهوم غير نسبيتي سياه چاله ها همان طوري که جان مايکل در سال 1783 پيشنهاد کرد وجود دارد. در نظريه ي مايکل سرعت گريز برابر سرعت نور است اما هنوز امکان بيرون کشيدن يک جسم با طناب از سياه چاله وجود دارد. نظريه ي نسبيت عام اين روزنه ها را از بين مي برد زيرا وقتي جسمي درون افق رويداد قرار دارد خط زماني آن در بر دارنده ي نقطه اي پاياني است که به خود زمان ختم ميشود (يعني اينکه خط زماني آن در انتهاي خودش داراي نقطه اي به نام زمان هست)، و هيچ يک از خط هاي جهان ممکن، قادر به بيرون آمدن از افق رويداد (سياهچاله) نيستند.. يک نتيجه اين است که خلبان يک راکت قوي که از افق رويداد عبور کرد و براي گريز از تکينگي تلاش مي کند در چهارچوب خود سريع تر به آن مي رسد زيرا کوتاهترين خط بين دو نقطه (راه غير تکينگي) راهيي است که زمان مناسب را بيشينه مي سازد.
همان طور که يک جسم به تکينگي مي رسد به طور شعاعي به سمت سياه چاله کشيده مي شود و عمود بر اين محور فشرده مي شود. اين ويژگي که با نام رشته درست کردن (spaghettification )- قسمتي از جسم که نزديک تر به تکينگي است تمايل بيشتري به آن دارد ( سبب کشيدگي در امتداد آن محورمي شود) و تمام قسمت هاي جسم در اين جهت به تکينگي که تنها در جهت متوسط جسم و درامتداد محور آن جهت گيري مي کند( سبب فشردگي در جهت محور مي شود ) مي رسد - شناخته مي شود به علت نيروهاي جزر و مدي بوجود مي آيد .
* تکينگي:
در مرکز سياه چاله ، در درون افق رويداد نسبيت عام حضور يک تکينگي ، مکاني که انحناي فضا-زمان و نيروي گرانشي نامحدود مي شود ، را پيش بيني مي کند.
تغيير ديدگاه در مورد طبيعت دروني سياه چاله توسط پالايش آينده يا فرماندهي نسبيت عام ( مخصوصا گرانش کووانتومي)مورد انتظار است. اکثر نظريه ها تفسير مي کنند که معادلات رياضي تکينگي با نظريه هاي اخير ناکامل است و بايد ويژگي جديدي وجود داشته باشد که به تکينگي نزديک شود.
نظريه ي سانسور کيهاني اثبات مي کند که تکينگي خالص در نسبيت عام وجود ندارد. اين نظريه مي گويد که هر تکينگي در يک افق رويداد قرار دارد و نمي تواند کاوش شود.
يک عقيده ديگر اين است که تکينگي به علت انحناي حباب شکل موضعي در درون ستاره متلاشي شونده، وجود ندارد .
در حالي که به افق رويداد نزديک مي شويم شعاع از همگرا شدن مي ايستد و موازي با افق قرار مي گيرد و شروع به انشعاب يافتن در درون آن مي کند. علت يک کرم چاله( از بيرون به درون) را در همسايگي افق- در حالي که افق گردنه آن است- به ياد مي آورد .
· سياه چاله هاي چرخان :
تصور هنرمند از سياه چاله و همدم نزديک به آن که يک ستاره چرخان است که حد شعاع مداري ستاره (Roche limit ) را افزايش مي دهد. اجسام سقوط کننده يک ديسک به هم پيوسته را شکل مي دهد که برخي از مواد از آن مانند تابش متقارن پر انرژي خارج مي شود.
بر طبق نظريات افق رويداد يک سياه چاله غير چرخان يک کره است و تکينگي آن ( به طور غير رسمي) يک نقطه است. اگر سياه چاله حرکت مداري داشته باشد ( از ستاره اي در حال تلاشي که به دور خود مي چرخد اين خصوصيت را گرفته باشد) شروع به کشيدن فضا-زمان به دور افق رويداد -در طي پديده کشيدن چهار چوب- مي کند . اين گردش فضا به دور افق رويداد را کره کار(ergosphere ) گويند و شکل بيضوي دارد. از آنجا که کره کار بيرون افق رويداد قرار دارد اشيا مي توانند بدون سقوط در درون چاله وجود داشته باشند. هرچند که خود فضا-زمان درون کره کار حرکت مي کند اشيا نمي توانند در جايي ثابت حضور داشته باشند. اشيايي که در کره کار وجود دارند ميتوانند در برخي محيط ها با سرعت بالا به بيرون پرتاب شوند و انرژي ( و حرکت مداري) از چاله خارج کنند از اين رو نام کره کار ( کره ي کار) به علت توانايي در انجام کار انتخاب شده است.
تکينگي درون يک سياه چاله چرخان مانند يک حلقه است.براي بيننده امکان گريز از آن وجود دارد براي مثال پيشرفت در جهت محورهاي سياه چاله . هر چند گريز از افق رويداد يک سياه چاله امکان پذير نيست.
· ترموديناميک (آنتروپي) و تششعات هاوکينگ:
در سال 1971 استفان هاوکينگ نشان داد که کل فضاي افق رويداد هيچ سياه چاله کلاسيکي نمي تواند هيچ گاه کاهش يابد.اين گفته مشابه قانون دوم ترموديناميک است در حالي که فضا نقش متغير ترموديناميک ( آنتروپي ) را بازي مي کند. کسي مي تواند قانون دوم ترموديناميک را توسط موادي که به سياه چاله وارد شده و از جهان ما ناپديد مي شود و آنتروپي کل جهان را کاهش مي دهند ، نقض کند . از اين گذشته جاکوب بکنستين وجود يک آنتروپي متناسب با افق رويداد را براي سياه چاله ها پيشنهاد کرد. از آن جايي که سياه چاله ها واقعا تششع تابش نمي کنند ديدگاه ترموديناميک آن تنها يک توافق است. هر چند در سال 1974 هاوکينگ نظريه ي مبدان کووانتومي را براي منحني فضا-زمان به دور افق رويداد به کار برد و کشف کرد که سياه چاله ها تششعات هاوکينگ ( نوعي تششع حرارتي) ساطع مي کنند با استفاده از قانون اول مکانيک سياه چاله ها او به اين نتيجه رسيد که آنتروپي يک سياه چاله يک چهارم فضاي افق است. اين يک نتيجه جهاني است و مي تواند به ساير افق هاي کيهان شناسي مانند de Sitter space (در رياضيات و فيزيک يکي از فضاهاي n بعدي هست که به صورت dSn شناخته ميشود. اين فضا آنالوگي لورنتزي از يک n کره اي نيز هست.) هم اختصاص يابد. يعد ها پيشنهاد شد که سياه چاله ها اشاي ماکزيمم-آنتروپي هستند به اين معني که بالاترين آنتروپي مکاني از فضا اختصاص يه سياه چاله اي دارد که در آن فضا مي تواند قرار گيرد. اين پيشنهاد منجر به قانون دست نويس (holographic principle) شد.
تابش هاي هاوکينگ تنها از بيرون افق رويداد سرچشمه مي گيرد و به تازگي درک مي شود همچنين اين تابش ها هيچ اطلاعيي از درون خود نمي دهند زيرا که تابش هايي گرمايي هستند. اين به اين معني است که سياه چاله ها به طور کامل سياه نيستند: اين اثر نشان مي دهد که جرم سياه چاله با گذشت زمان تبخير مي شود. هر چند که اين آثار براي سياه چاله هاي نجومي ناچيز است براي سياه چاله هاي فرضي خيلي کوچک که اثر مکانيک کووانتومي بر آن حاکم است ، پر معناست. در واقع پيش بيني مي شود سياه چاله هاي کوچک تبخير گريزاني را تحمل مي کنند و در تابش هاي متوالي نا پديد مي شوند. از اين رو سياه چاله اي که نمي تواند جرم جديدي را مصرف کند عمر محدودي متناسب با جرمش دارد .
يگانگي سياه چاله :
يک سوال آزاد در فيزيک بنيادي پارادوکس از دست دادن اطلاعات يا پارادوکس يگانگي سياه چاله است. به طور کلاسيکي، قانون هاي فيزيک همان چيزي است که نشان داده ميشود يا برعکس. براي اين ، اگر اگر مکان و سرعت هر چيزي در فضا اندازه گيري مي شد مي توانستيم (بدون رعايت بي نظمي) تاريخچه جهان را در هر گذشته دلخواه کشف کنيم. در مکانيک کووانتومي اين برابر است با خاصيت حياتي با نام يگانگي که با محافظت احتمالات عمل مي کند. البته سياه چاله ها از اين قانون مستثني هستند . به علت فرضيه ي بدون مو نمي توانيم هيچ گاه پيش بيني کنيم چه چيزي وارد يک سياه چاله شد. اطلاعات ظاهرا نابود شده است و راهي براي بازسازي مواد وارد شده به سياه چاله وجود ندارد. اين يکي از مهمترين مسائل تصوري حل نشده در جاذبه ي کووانتومي است.
در 21 جولاي 2004 استفان هاوکينگ استدلال جديدي را ارائه کرد که سياه چاله ها سرانجام اطلاعاتي در مورد اشياي بلعيده شده توسط خود را يا برگرداندن مکان سابق اشياي تلف شده ساتع مي کنند. او پيشنهاد کرد که انحراف کووانتومي افق رويداد که بعد ها تحت تاثير تششعات هاوکينگ قرار مي گيرد ، مي تواند به اطلاعات اجازه خروج از سياه چاله را بدهد. اين نظريه تا اکنون توسط انجمن علمي بازبيني نشد و اگر پذيرفته مي شد به معني حل مسئله پارادوکس اطلاعاتي سياه چاله بود . در ضمن اين آگهي توجه بسياري را در رسانه ها به خود اختصاص داد.
* مدل هاي ديگر :
بسياري از مدل هاي ديگر که رفتاري مانند سياه چاله دارند اما تکينگي در آن ها وجود ندارد ، مورد گمان است. اما اکثر پژوهش گران بر غير واقعي بودن اين عقايد نظر دارند زيرا اين عقايد در حين پيچيدگي مفهوم قابل مشاهده متاوتي از سياه چاله ها بدست نمي دهند. نظريه ي متفاوت برتر نظريه ي گروستار(Gravastar) است.
در مارس 2005 فيزيک دان جرج چاپلين در آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور ( Lawrence Livermore ) کاليفرنيا عدم وجود سياه چاله را پيشنهاد کرد . وي اذعان داشت اشيايي که گمان مي شد سياه چاله هستند در واقع ستاره هاي با انرژي تاريکند. او اين نتيجه را با تجزيه ي مکانيک کووانتومي بدست آورد. هر چند پيشنهاد اخير وي حمايت اندکي در کميته ي فيزيک بدست آورد به طور گسترده توسط رسانه ها گزارش شد.
در ميان نمونه هاي ديگر خوشه هاي اجرام ابتدايي ( مانند ستاره هاي بوزوني ، گلوله هاي فرميوني ، خود جاذبه اي ، نوترينو هاي رو به زوال سنگين) و حتي خوشه هاي اجرام سبک ( کمتر از 0.04 برابر جرم خورشيد) و سياه چاله وجود دارد.

يخچال ها توده هاي يخي هستند كه در اثر تبلور مجدد برف تشكيل مي شوند. يخچال ها مي توانند تحت تأثير نيروي جاذبه از حركت و جريان روبه جلو برخوردارشوند. بط ...

● 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 ...

حفره هاي سياه جذابترين و اسرار آميزترين اشياء آسماني هستند. مهمترين يافته هاي اختر شناسي سالهاي ۱۹۶۰ تپ اخترها و اختر نماها هستند. تپ اخترها منابع راد ...

سياه سرفه نوعي عفونت شايع تنفسي است که توسط باکتري بوردتلا پرتوسيس ايجاد مي­ شود. اين بيماري را بايد در هر نوجوان يا بزرگسال دچار سرفه حاد که بيش از د ...

سياه چاله تمرکز عظيمي از جرم است که نيروي جاذبه آن مانع عبور اجسامي که از افق رويداد آن-نه آنهايي که از تونل کوانتومي(شعاع هاوکينگ) مي گذرند-مي شود. ن ...

انسان ها عادت داشتند تا زماني که پيامبران برايشان معجزه نياورده اند، حرف اين فرستادگان خدا را رد کنند. بعضي ها حرف آن ها را قبول مي کردند و بعضي هم بر ...

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 ...

از آن توده ابر گازي هيدروژني و عظيمي که در بخش کوچکي از پهنه کهکشان گسترده شده است بعد از چند ميليون سال، «پيش ستاره يي» متولد مي شود و با افزايش جرم، ...

دانلود نسخه PDF - سياه چاله