دانش آدینه ۲۸: سیاهچاله‌ها مو ندارند!

دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: عبارت طنزآمیزی از "جان ویلر" در مورد سیاهچاله ها با این مضمون نقل شده است که :
"سیاهچاله‌ها مو ندارند!"
اگر چه که شاید نقل مباحث طنزآمیز در مورد مسائل علمی کمتر اتفاق بیفتد، اما در بطن این عبارت جالب، نکات فنی بسیاری در مورد برخی از مهمترین خصوصیات سیاهچاله ها وجود دارد که پرداختن به آنها آموزنده است.

آنچه که در محتوی این عبارت کوتاه نهفته است اشاره به این نکته دارد که برخلاف آنکه موی سر افراد و رنگ آن، عموما یکی از شاخصه های ظاهری مناسب جهت تمایز اشخاص از یکدیگر و شناخت و تفکیک آنها از هم است، اما از محاسبات خصوصیات ظاهری یک سیاهچاله، همچون ترکیب شیمیایی، آثار مغناطیسی و بطور کلی هیچ عاملی در نمای کلی آنها نمی‌توان بین آنها تمیز داد و به ماهیت "ستاره مادر" تشکیل دهنده آنها پی برد و لذا بدین مفهوم، سیاهچاله ها مو ندارند!

این بدان مفهوم است که اگر ستاره ای بتواند در نهایت به یک سیاهچاله تبدیل شود، با داشتن هر نوع ناهمواری در سطح و درونش، در نهایت پس از رمبش، سیاهچاله‌ای تشکیل می‌دهد که دارای افق رویدادی هموار و بدون هیچ پستی بلندیست.
بنابراین:
"منشاء ماده رمبیده شده که تشکیل دهنده سیاهچاله بوده است، نمی تواند در ویژگی های سنجش پذیر آن برای ناظر بیرونی تاثیری داشته باشد".

بیشتر بخوانید: بقاء تمدن انسانی هدفمند یا تابع اتفاق؟

در اینجا سوالی منطقی پیش می آید که در اینصورت ویژگی متمایز کننده آنها از یکدیگر چیست و چگونه می توان آنها را از هم تشخیص داد؟

به نظر بار الکتریکی یک سیاهچاله، مشخصه قابل سنجش معقولی است که شاید بتوان برای تشخیص آنها از یکدیگر به آن استناد کرد، اما آنچه در واقعیت اتفاق می افتد آنست که بار الکتریکی سیاهچاله های باردار، به سرعت توسط ماده اطراف آن خنثی می شود.

بنابراین دو مشخصه اصلی "جرم" و "چرخش" یک سیاهچاله، عوامل اصلی شناخت آنها از یکدیگر است که البته چگونگی سنجش هر کدام از این عوامل، خود حیطه پژوهشی خاصی را می طلبد.

در واقع امروزه به مدد فناوری‌های مدرن می توان با چاشنی صبر و استقامت، جرم سیاهچاله ها را سنجید اما این اقدام علمی نیازمند شرایطیست که باید سیاهچاله مذکور دارا باشد.

بیشتر بخوانید: پخت‌و‌پز کیهانی پاستای هسته‌ای

در ابتدا به بررسی اجمالی این شرایط می پردازیم.

بخش بسیار بزرگی از ستاره‌ها، چه در کهکشان راه شیری خودمان و چه در سایر کهکشانها، به مدد نیروهای گرانشی بینشان، اصطلاحا دارای همدم و جفت هستند و منظومه های دوتایی و یا بعضا چندتایی را می سازند که البته در این بین معمولا منظومه های دوتایی پایدارترند.

علی الاصول می توان دوره تناوب مداری، یا مدت زمان چرخش دو ستاره به دور یکدیگر، که در دام گرانشی هم افتاده اند را محاسبه کرد. در اینصورت با دانستن فاصله بین آنها، اولین ملزومات برای سنجش جرم های آن دو ستاره همدم مهیاست.
حال فرض کنید یکی از این تشکیل دهندگان منظومه های دوتایی، جسم بسیار فشرده ای همچون سیاهچاله باشد.
اگر جرم فشرده مذکور تنها و بی همدم باشد، در آنصورت عدم وجود اطلاعات دینامیکی لازم، عمدتا راهی برای سنجش جرم آن و در گام بعدی تعیین آنکه آیا این جرم، یک سیاهچاله است یا خیر، باقی نمی گذارد.

بیشتر بخوانید: رقص کیهانی در گلستانی همیشه خوش

اما وقتی یک یا چند ستاره، به دور ناحیه تاریکی که حاوی یک سیاهچاله هست می چرخند، شرایط برای سنجش جرم وزین و متراکم مرکزی مهیاست.

این در واقع خلاصه همان ماجرای پر فراز و نشیبی است که بخشی از نوبل فیزیک سال پیش را برای تلاش‌های چندین ساله رهبران اصلی دو گروه مستقل پژوهشی، یعنی "آندریا گز" و "راینهارد گنزل" به ارمغان آورد.

در حال حاضر نیک می‌دانیم که در مرکز کهکشانمان در فاصله حدود ۲۵ هزار سال نوری از ما، سیاهچاله پر جرمی جاخوش کرده است و البته راه شیری، تنها کهکشان موجود در کیهان نیست که از این خاصیت برخوردارست.

دو گروه پژوهشی مذکور بطور مستقل طی سال‌ها با رصدهای پیوسته مرکز کهکشان، و زیر نظر گرفتن جابه جایی ستاره‌های نزدیکتر به آن، توانستند با دنبال کردن مدار هرکدام از آنها، با همان معادلات دینامیکی حاکم بر حرکت سیارات به دور خورشید، معادلات مستقل هر مدار را تحلیل کرده و جرم سیاهچاله مشترک در کانون جملگی این مدارها را بدست آورند.

بیشتر بخوانید: نگاهی به نظریه جهان تورمی

از آنجایی که ستاره‌های نزدیکتر به مرکز کهکشان، سریعتر از سایر اجرام به دور آن می چرخند، این رصد تنها چند سال به طول انجامید.

"نتیجه آن بود که جرمی در حدود چهارمیلیون برابر خورشیدمان، تنها در ناحیه‌ای با شعاعی کمتر از شش سال نوری فشرده شده است!"

اما نیل به این موفقیت به این سادگی ها نبوده است.

وقتی قرار بر آن باشد که جرم سیاهچاله ای را که در مرکز کهکشان و در چنین فاصله ای از شما قرار دارد بسنجید، عمدتا دو مشکل بزرگ و اساسی پیش روی شماست.

 اول آنکه هر چه به سمت مرکز کهکشان پیش می رویم، بر شدت تراکم اجرام افزوده می شود و بنابراین عملا سوژه مورد نظر در یک منطقه بسیار پرتراکم و پرستاره و مملو از سایر اجرام کیهانی، قرار گرفته است که کار رصد را بسیار سخت و پرخطا می‌کند.

بیشتر بخوانید: سفیدچاله؛ خیال یا واقعیت؟

مشکل دوم آنست که در مسیر رصد، مقدار قابل توجهی "غبار کیهانی" وجود دارد که مسیر دیدمان را بسیار تیره و تار می‌کند، چراکه عبور نور مرئی از میان این حجم از غبار کیهانی بسیار دشوار است و بنابراین تشخیص و دنبال کردن مدار ستارگان چرخنده به دور سیاهچاله مرکزی، بسیار پردردسر است.

دانشمندان برای فائق آمدن بر مشکل دوم، به جای نور مرئی، از نور فروسرخ بهره می برند و رصدهای خود را در نور فروسرخ انجام می‌دهند.

اما برای حل مشکل اول، عملا باید توان تفکیک ابزار رصدی را تا حد امکان بالا برد تا امکان تفکیک ریزترین جزئیات نیز فراهم آید.

اما در این میان تنها استفاده از تلسکوپی بزرگتر چاره ساز نیست.

در واقع اختلالات جو زمین که همچون پرده ای جلوی دید ما قرار گرفته است نیز، رصد را با تلسکوپ های پایین تر از جو، با اختلال روبرو می کند و بنابراین باید تصحیحات خاصی را نیز برای جبران اختلالات جوی زمین، در نتایج رصد وارد کرد.

روش کار برای جبران این آشفتگی ها، بصورت خلاصه به شکل زیر است که ابتدا "ستاره درخشان مرجعی" را به عنوان "ستاره راهنما" در نظر می گیرند و "تارشدگی" تصویر آن را براساس اختلالات جوی زمین شبیه سازی کرده و در نهایت با تغییر مکانی آینه اصلی تلسکوپ و یا تغییر جزئی شکل آن، تارشدگی ایجاد شده تصویر هدف را تصحیح می‌کنند.

بیشتر بخوانید: متوشالح؛ ستاره‌ای که از جهان پیرتر است

ساده ترین بیان برای این تکنیک فیزیک_مهندسی آنست که گویا عینک مناسبی را برای چشمان تاربین تلسکوپمان تعبیه می کنیم تا با تصحیح تاربینی موجود، بتوانیم به دوردستها بنگریم.

خوب، اما ممکن است در جهت رصد ما ستاره درخشان راهنمایی وجود نداشته باشد!

در این مواقع عمدتا با تاباندن پرتو لیزر بسیار قدرتمندی به جو زمین، اتمهای موجود در جو را به اصطلاح "برانگیخته" میکنند و سپس با بررسی تغییرات ایجاد شده در پرتو لیزر، ناشی از برهمکنش آن با اتم‌های جو و آشفتگی‌های آن، تصحیحات لازم را همانند مرحله قبل اعمال می‌کنند.

البته حتی چنین روش‌هایی عمدتا نمی‌تواند برای سنجش و تعیین جرم سیاهچاله‌های نشسته در مراکز سایر کهکشان‌ها به کار رود زیرا فواصل موجود در این حالات بسیار بسیار دور است و فعلا توان تفکیک لازم در ابزارهای رصدی امروزی موجود نیست.

گمان موجود بر آنست که جرم برخی از سیاهچاله‌های موجود در برخی کهکشان‌ها، موسوم به سیاهچاله‌های "ابر پرجرم" از یک میلیارد برابر خورشید ما نیز فزون‌تر است که به هیچ وجه قابل مقایسه با سیاهچاله مرکزی کهکشان محل سکونتمان یعنی راه شیری نیستند.

اولین سیاهچاله‌ای که بر اساس مدل تعیین جرم دو ستاره در یک منظومه دوتایی شناسایی شد،"V404-دجاجه" نام گرفت.

در واقع دانشمندان با زیر نظر گرفتن مدارهای دو ستاره و تحلیل رصدی آنها، پی به وجود جسمی فشرده و مهمان ناخوانده سومی بردند که دیده نمی‌شد و نهایتا پس از تصحیحات لازم جرم آن را حدود12برابر جرم خورشید تخمین زدند.

در مقابل سیاهچاله های پرجرم و ابرپرجرم، چنین دست سیاهچاله‌هایی با جرمی در حدود "چند تا چند صد" برابر جرم خورشید را سیاهچاله های "ستاره جرم" می نامند.

در کنار سیاهچاله های پرجرم و ابرپرجرم در مرکز کهکشانها، طیف وسیعی از چنین دست سیاهچاله های "ستاره جرم" نیز در پهنه کهکشان ها جای گرفته‌ا‌ند.

بیشتر بخوانید: امی نوتر؛ مصائب زن ریاضیدان

در این میان ذکر دو نکته خالی از لطف نیست.
اولا تحقیقات نشان می دهد که گویا ارتباط و تناسب تنگاتنگی بین جرم سیاهچاله مرکزی یک کهکشان، و جرم خود کهکشان وجود دارد که این موضوع، در تخمین زدن جرم کهکشانها و طبقه بندی طیف سیاهچاله‌های ستاره جرم، پرجرم و ابر پرجرم بسیار مهم است.

همچنین این تناسب می تواند به طریق معکوس در تعیین تخمینی جرم سیاهچاله‌های مرکزی نیز به کار رود.

از طرفی می توان به روش‌های غیر مستقیم از نتایج چنین ارتباطی به عمرسنجی کهکشانها و اجرام درونشان پرداخت و عمر طیف وسیعی از محتویات کهکشان میزبان را تخمین زد.

و نکته هیجان انگیز دوم آنست که نتایج تحقیقات اخیر نشان می دهد که گویا سیاهچاله پرجرم مرکزی کهکشانمان تنها نبوده و دارای همدم است!

در انتهای بحثمان باید خاطر نشان کرد که سنجش مشخصه مهم دیگر سیاهچاله‌ها، یا همان چرخش سیاهچاله‌ها، اقدامی به مراتب سخت تر از سنجش جرم آنهاست و مباحث فنی‌تر و ظرافت‌های بیشتری را می‌طلبد که در فرصتی دیگر به آن خواهیم پرداخت.

 به کانال تلگرامی دیدارنیوز بپیوندید

 

 به صفحه اینستاگرام دیدارنیوز بپیوندید

 

 به گروه واتس‌اپی دیدارنیوز بپیوندید