تحقیق درباره سیاه چاله
سیاهچاله
سیاهچاله
ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است. 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 و تشکیل سیاهچاله شود. پیرامون سیاهچاله به صورت سطحی 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 سیاهچاله به این
دلیل است که همه نوری که به افق رویداد آن راه می‌یابد را به دام می‌اندازد
که این دقیقاً مانند مفهوم جسم سیاه در ترمودینامیک می‌باشد. مکانیک
کوانتومی پیش‌بینی می‌کند که آفاق رویداد مانند یک جسم سیاه با دمای متناهی
از خود تابش‌های گرمایی گسیل می‌کنند. این دما با جرم سیاهچاله نسبت
وارونه دارد و از این روی مشاهده این تابش برای سیاهچاله‌های ستاره‌ای و
بزرگتر دشوار است.
اجسامی که به
دلیل میدان گرانشی بسیار قوی اجازه گریز به نور نمی‌دهند برای اولین بار
در سده ۱۸ (میلادی) توسط جان میشل و پیر سیمون لاپلاس مورد توجه قرار
گرفتند. نخستین راه حل نوین نسبیت عام که در واقع ویژگیهای یک سیاهچاله را
توصیف می‌نمود در سال ۱۹۱۶ میلادی توسط کارل شوارتزشیلد کشف شد. هر چند که
تعبیر آن به صورت ناحیه‌ای از فضا که هیچ چیز نمی‌تواند از آن بگریزد، تا
چهار دهه بعد به خوبی درک نشد. برای دوره‌ای طولانی این چالش مورد کنجکاوی
ریاضیدانان بود تا اینکه در میانه دهه ۱۹۶۰، پژوهش‌های نظری نشان داد که
سیاهچالهها به راستی یکی از پیش بینی‌های ژنریک نسبیت عام هستند. یافتن
ستارگان نوترونی باعث شد تا وجود اجرام فشرده شده بر اثر رمبش گرانشی به
عنوان یک واقعیت امکانپذیر فیزیکی مورد علاقه دانشمندان قرار گیرداینگونه
پنداشته می‌شود که سیاهچاله‌های ستاره‌ای در جریان فروپاشی ستاره‌های بزرگ
در یک انفجار ابرنواختری درپایان چرخه زندگیشان بوجود می‌آیند. جرم یک
سیاهچاله پس از شکل گیری می‌تواند با دریافت جرم از پیرامونش افزایش یابد.
با جذب ستارگان پیرامون و بهم پیوستن سیاهچاله‌های گوناگون، سیاهچاله‌های
کلان جرم با جرمی میلیونها برابر خورشید تشکیل می‌شوند.
یک
سیاهچاله به دلیل اینکه نوری از آن خارج نمی‌گردد نادیدنی است، اما
می‌تواند بودن خود را از راه کنش و واکنش با ماده از پیرامون خود نشان دهد.
از راه بررسی برهمکنش میان ستاره‌های دوتایی با همدم نامرئیشان،
اخترشناسان نامزدهای احتمالی بسیاری برای سیاهچاله بودن در این منظومه‌ها
شناسایی کرده‌اند. این باور جمعی در میان دانشمندان رو به گسترش است که در
مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاهچاله کلان‌جرم وجود دارد. برای نمونه،
دستاوردهای ارزشمندی بازگوی این واقعیت است که در مرکز کهکشان راه شیری ما
نیز یک سیاهچاله کلان جرم با جرمی بیش از چهار میلیون برابر جرم خورشید
وجود دارد.
ریزسیاهچاله‌ها
این
سیاهچالهها سیاهچاله‌های بسیار کوچکی هستند. جرم این سیاهچالهها به
اندازه‌ای کوچک است است که در آنها اثرات مکانیک کوانتومی اهمیت زیادی پیدا
می‌کند و از این رو به نام سیاهچاله‌های مکانیم کوانتومی نیز شناخته
می‌شوند. محاسبات هاوکینگ نشان می‌دهد که هرچه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت
تبخیر آن بیشتر است و در نتیجه ریزسیاهچاله‌ها در صورت بوجود آمدن احتمالاً
در لحظه‌ای تبخیر شده و منفجر می‌گردند.
شواهد تجربی
سیاهچالهها
به خودی خود هیچ سیگنالی به جز تابش فرضی هاوکینگ از خود منتشر نمی‌کنند و
از آنجاییکه این تابش در مورد یک سیاهچاله اختر فیزیکی بسیار ضعیف است هیچ
راهی وجود ندارد که بتوان مستقیماً از روی زمین سیاهچاله‌های اختر فیزیکی
را ردیابی نمود. تنها استثنایی که ممکن است تابش هاوکینگ ضعیفی نداشته
باشد، آخرین مرحله تبخیر سیاهچاله‌های کم جرم نخستین است. جستجو برای یافتن
چنین تابش‌هایی در گذشته ناموفق بوده‌است و این موضوع محدودیت‌هایی بر
امکان وجود سیاهچاله‌های نخستین با جرم کم وارد می‌کند. تلسکوپ فضایی پرتوی
گامای فرمی ناسا که در سال ۲۰۰۸ به فضا فرستاده شد به جستجو برای وجود این
نشانه‌ها ادامه خواهد داد.
از
این رو اختر فیزیکدانان برای جستجوی سیاهچالهها باید به مشاهدات غیر
مستقیم روی آورند. وجود یک سیاهچاله را گاهی می‌توان از برهمکنش‌های گرانشی
آن با محیط اطرافش استنباط نمود.