سیاهچاله

سیاهچاله های فضایی از سطح قابل توجهی از انرژی برخوردارند که منابع آن تاکنون ناشناخته باقی مانده بود. در همین راستا محققان دانشگاه واترلو با ارائه مدارکی جدید به بررسی منابع احتمالی این پدیده های آسمانی پرداخته اند. به گزارش خبرگزاری مهر، به گفته اختر شناسان سیاهچاله های دوار دارای انرژی فوق العاده ای بوده و توانایی ذخیره و آزاد سازی انرژی برابر انرژی بیلیونها نو اختر را خواهند داشت که در کنار این قدرت بی کران تاثیرات مخربی را نیز بر روی کهکشانهای میزبان خود خواهد گذاشت.
بسیاری از سیاهچاله های عظیم که در مرکز کهکشانها فعالیت می کنند فورانهای پر انرژی پلاسمایی را تولید و منتشر می کنند که طی میلیونها سال گسترش می یابند. با اینکه جزئیات شکل گیری این فورانها تا کنون مبهم باقی مانده است تنها دو منبع انرژی برای فعالیتهای این سیاهچاله ها محتمل است. اولین احتمال سقوط ماده به میان سیاهچال است که این احتمال توانایی توضیح تمامی وقایع در حال وقوع در سیاهچاله ها را ندارد. احتمال دوم انرژی چرخشی ذخیره شده درون سیاهچال است که بر اساس محاسبات به عمل آمده امکان ذخیره انرژی چرخشی طی چرخشهای پر قدرت سیاهچاله ها امری غیر ممکن نخواهد بود.
اکنون گروهی از محققان دانشگاه واترلو در کانادا مدرکی را مبنی بر وجود منبع احتمالی انرژی فورانهای سیاهچاله ها ارائه کرده اند. این مدرک از کهکشانی به نام ms0735.6+7421 در فاصله 2.6 بیلیون سال نوری زمین به دست آمده است. در سال 2005 اطلاعات به دست آمده از این کهکشان توسط رصدخانه چاندرا بیشترین سطح فوران انرژی را که تا به حال مشاهده شده بود، نمایان ساخت.
بر اساس اطلاعات به دست آمده از حفره هایی که فورانهای پر انرژی در گازهای اطراف خود به وجود می آورد محققان اعلام کردند که طی 100 میلیون سال گذشته فورانها انرژی این سیاهچاله برابر 1055 ژول بوده است که این میزان در برابر انرژی نواخترها بیلیونها بار بیشتر است. این احتمال امکان ورود ماده به دورن سیاهچاله را غیر ممکن می سازد.
در این صورت تنها گزینه باقی مانده انرژی ناشی از چرخش سیاهچاله ها است. سیاهچاله ها می توانند با ورود ماده به دورن خود و یا با ادغام با سیاهچاله ای دیگر چرخش خود را آغاز کرده باشند و میزان زیادی از انرژی در هنگام چرخش سیاهچاله ذخیره شده که می تواند به شکل فورانهای قدرتمند آزاد شوند.
بر اساس گزارش نیوساینتیست، دانشمندان با وجود بررسی این نظریه ها بر این باورند که همچنان مطالعات بیشتر و گسترده تری به منظور شناسایی منابع انرژی سیاهچاله ها مورد نیاز خواهد بود

دید کلی

بطور کلی ستارگان دارای مراحل مختلف جنینی ، کودکی و جوانی و پیری هستند. پس از اکتشاف برابری جرم و انرژی توسط انیشتین ، دانشمندان تشخیص دادند که کلیه ستارگان باید تغییر و تحول یابند. تکامل ، تخریب و محصول نهایی یک ستاره ، به جرم آن بستگی دارد. در واقع سرنوشت نهایی ستاره که تا چه مرحله ای از پیشرفت خواهد رسید با جرم ستاره ارتباط مستقیم دارد. اطلاعات مربوط به جرم ستارگان از مسائل بسیار مهم به شمار می‌رود.

تشکیل ستاره‌ها

گوی آتشین مورد نظر در نظریه انفجار بزرگ ، حاوی هیدروژن و هلیوم بود، که در اثر انفجار بصورت گازها و گرد و غباری در فضا بصورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترونها ، پروتونها ، نوترونها و نیز مقداری یونهای هلیوم به بیرون تراوش می‌کند. با گذشت زمان و تراکم ماده در برخی سحابیها شکل می گیرند. این مواد متراکم رشد کرده و توده‌های عظیم گازی را بوجود می‌آورند که تحت عنوان پیش ستاره‌ها معروفند و با گذشت زمان به ستاره مبدل می‌شوند. بسیاری از این توده‌ها در اثر نیروی گرانش و گریز از مرکز بزرگ و کوچک می‌شوند، که اگر نیروی گرانش غالب باشد، رمبش و فرو ریزش ستاره مطرح می‌شود و اگر نیروی گریز از مرکز غالب شود، احتمال تلاشی ستاره و شکل گیری اقمار و سیارات می‌رود.

ارتباط جرم با مرگ ستارگان

سه طریق برای مرگ ستارگان وجود دارد. ستارگانی که جرم آنها کمتر از 1.4 برابر جرم خورشید است. این ستارگان در نهایت به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند. ستارگانی که جرم آنها بیشتر از 1.4 برابر جرم خورشید است، در نهایت به ستارگان نوترونی و به سیاه چاله‌ها تبدیل خواهند شد.

مراحل پایانی عمر ستارگان

دیر یا زود سوخت هسته‌ای ستارگان به پایان رسیده و در این صورت ستاره با تراکم خود ، انرژی گرانشی به انرژی هسته‌ای غالب آمده و این تراکم (رمبش) تا تبدیل شدن الکترونهای آزاد ستاره به الکترونهای دژنره ادامه پیدا می‌کند، که در این صورت ستاره به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شده است. برخی از ستارگان از طریق انفجارهای ابر نواختری به ستارگان نوترونی تبدیل می‌شوند. هنگامی که ستاره در اواخر عمر خود باشد، به مراحل نواختر یا ابر نواختر می‌رسد.
در این مرحله ستاره از حداکثر انرژی خود استفاده می‌کند و این امر سبب می‌شود که شدت تابش نور آن بطور چشمگیر تغییر کند. در این حالت ستاره گرد و غبارهای (سحابیها) اطراف خود را می‌بلعد و این امر سبب می‌شود که بر ذرات تشکیل دهنده ستاره فشار وارد آید. ستاره حالتی پلاسمایی دارد و فشار ممکن است به حدی برسد که بر الکترونها و هسته‌های آن اثر کند و الکترون به پروتون برخورد کرده که در این برخورد به نوترون تبدیل می‌شود.
در طی این واکنش مقادیر زیادی امواج گاما تولید می‌شود. اگر تعداد نوترونهای تشکیل به قدری زیاد شوند که در این ستاره ، حجم نوترونها به 16 کیلومتر برسد در این هنگام ، چگالی این ستاره بسیار زیاد می‌شود، بطوری که می‌تواند نور را از مسیر خود منحرف و خمیده کند. در این مرحله ستاره به ستاره نوترونی تبدیل می‌شود.
اگر شعاع تعداد نوترونهای آن به بیش از 16000 کیلومتر برسد (البته در این افزایش شعاع ، نوترونها به هم فشرده هستند)، چگالی این ستاره به قدری زیاد می‌شود که می‌تواند نور را هم به خود جذب کند، که به آن سیاهچاله می‌گویند. سیاهچاله‌ها با جرم زیاد خود ، حجم کوچکی دارند. تشکیل سیاه چاله آخرین مرحله مرگ ستاره می‌باشد.

انواع سیاهچاله
1. شوارتس شیلید: ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی ، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.
2. رایزنر- نورد شتروم: هم بار دارد وهم چرخش ، می تواند دو افق رویداد داشته باشد ، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند.
3. کر: چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ارگوسفر است، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.
4. کر- نیومان: هم بار دارد و هم چرخش ، همان سیاهچاله کر است، جز اینکه بار دارد، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد.

بنظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند. مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که ، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند:
اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاما یک چیز خواهد بود و تنها جرم ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد، یعنی به شکل سیاهچاله در آید، دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم) ، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند

نتایج تحقیقات هاوکینگ

• سیاهچاله‌ها می‌توانند وزن از دست بدهند.
• مقداری از انرژی جاذبه‌ای آنها در خارج از محدوده شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می‌شود.
• ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند از این طریق مقداری از مواد تشکیل دهنده سیاهچاله‌های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده‌اش میلیونها میلیون سال وقت لازم است. در حالی که در این مدت خیلی بیشتر از این مقدار ماده به آن اضافه می‌شود. بنابراین هیچگاه از طریق تبخیر وزن آن کاسته نمی‌شود.
• هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده‌ای که به خود جذب می‌کند وزن از دست بدهد. بنابراین سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری به خود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی بیشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود.
• سیاهچاله‌های کوچکی که 15 میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده‌اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را که هنگام انفجار تولید می‌کنند، حساب کرد.

مجهولات سیاهچاله‌ها

اگر ستاره شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تأیید تشکیل و وجود سیاهچاله بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده‌اند. با اینحال هر لحظه ممکن است این پرتوها شناسایی شوند. دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره‌ای خود ستاره ، از سطح آن می‌گریزند، در فاصله مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می‌شوند و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک دیسک عظیم را تشکیل می‌دهند.
با توجه به این نکته که لایه‌های داخلی‌تر دیسک سریعتر از لایه‌های خارجی می‌چرخند، در اثر اصطکاک لایه‌های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می‌کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می‌شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (دجاجه1-x) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) 30 کیلومتر است و برای تمامی ستاره دوتایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است

فریاد هاوکینگ از سیاه‌چاله شنیده می‌شود؟

فریاد هاوکینگ از سیاه‌چاله شنیده می‌شود؟ محبوبه عمیدی-parssky.com
محققان موفق شده‌اند با استفاده از چگالش بوز-اینشتین، سیاه‌چاله‌ای برای امواج صوتی ایجاد کنند و با کمک آن به آزمون دقیق‌تر تئوری تابش هاوکینگ بپردازند.
به گزارش نیوساینتیست، این سیاه‌چاله مصنوعی که به جای نور، صوت را به دام می‌اندازد، با هدف اثبات نظریه تابش هاوکینگ توسط دانشمندان طراحی و ساخته شده است. تئوری تابش که حدود 30 سال پیش توسط استیفن هاوکینگ، فیزیکدان نامی انگلیسی مطرح شده، توضیح می‌دهد سیاه‌چاله‌ها نه کاملا سیاه، که خاکستری‌اند و مقداری انرژی از آنها تبخیر می‌شود. هاوکینگ پیش‌بینی کرد میلیاردها سال قبل که جهان تازه به وجود آمده بود، ریزسیاه‌چاله‌هایی نیز تشکیل شدند که از آن زمان تاکنون تبخیر شده‌اند و اکنون باید در آستانه انفجار باشند.
سیاه‌چاله‌ها وقتی به وجود می‌آیند که ماده به‌قدری متراکم شود تا هیچ‌چیز نتواند از گرانش قدرتمند آن بگریزد. در این شرایط که به نقطه تکینی موسوم است، گرانش آن‌قدر عظیم است که حتی نور نمی‌تواند از مرزهای این جسم که افق رویداد نامیده می‌شود، عبور کند. گویی این جسم به چاله‌ای تاریک تبدیل شده که هیچ چیز از آن نمی‌تواند بیرون بیاید.
اما فیزیکدانان توانسته‌اند سیاه‌چاله‌ای با این خصوصیات را برای به دام انداختن صدا ایجاد کنند. آنها با استفاده از حالت خاصی از ماده به سرعتی بالاتر از سرعت متوسط صوت دست یافته‌اند و به‌وسیله آن، تله‌ای برای امواج صوتی ایجاد کرده‌اند. برای درک بهتر محیط این دام، ماهی‌ای را در نظر بگیرید که می‌خواهد در رودخانه‌ای پرشتاب شنا کند. صدا هم مانند این ماهی، میان جریان طوفان‌وار افق رویداد به دام خواهد افتاد.
حالت کوانتومی
علم فیزیک برای تولید این سیاه‌چاله‌ها از حالت خاصی از ماده که چگالش بوز- اینشتین نامیده می‌شود، بهره می‌گیرد. این حالت کوانتومی از ماده که معمولا حالت پنجم ماده نامیده می‌شود، در دماهای بسیار پایین و نزدیک به صفر مطلق (حدود 273 درجه سانتی‌گراد زیر صفر) اتفاق می‌افتد و طی آن، مجموعه اتمها مانند یک اتم واحد رفتار می‌کنند.
اریک کرنل از دانشگاه کلرادو که همراه با دو دانشمند دیگر، جایزه نوبل فیزیک 2001 / 1380 را برای گسترش چگالش بوز -اینشتین بدست آورد؛ در این‌باره می‌گوید: «این مواد به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که ذرات آنها سرعت حرکتی مافوق صوت دارند، به همین دلیل فیزیکدانان برای ایجاد سیاه‌چاله صوتی به سراغ آنها رفته‌اند».
محققان ابتدا حدود 100 هزار اتم روبیدیوم باردار را تا دمای چند میلیاردیم بالای صفر مطلق سرد کرد و آنها را درون یک میدان مغناطیسی به‌دام انداخت. سپس با استفاده از پرتوی لیزر، یک چاه پتانسیل الکتریکی ایجاد کردند تا اتم‌ها را جذب کند و باعث شود در اطراف آن، سرعتی بالاتر از سرعت صوت در ماده داشته باشد.
این مرحله جریان مافوق صوتی را ایجاد می‌کند که حدود 8 هزارم ثانیه دوام می‌آورد و به صورت موقت، سیاه‌چاله‌ای صوتی را به وجود می‌آورد که قادر است، صدا را در میان بگیرد و به آن اجازه عبور ندهد. نتیجه چنین آزمونی می‌تواند بسیار جالب توجه باشد و به شناخت بهتر تابش هاوکینگ منتهی شود.
تابش هاوکینگ
مکانیک کوانتوم می‌گوید جفت ذره‌ها به خودی خود می‌توانند حتی در فضای خالی نیز وجود داشته باشند. این جفتها که از یک ذره و پادذره تشکیل شده‌اند، برای لحظه‌ای بسیار‌کوتاه به وجود می‌آیند، سپس یکدیگر را خنثی می‌کنند و ناپدید می‌شوند.
اما در دهه 1970 / 1350، هاوکینگ نظریه جدیدی را مطرح کرد. مطابق نظر او اگر این جفت نزدیک به لبه سیاه‌چاله به‌وجود آمده باشند، امکان دارد یکی از این ذرات پیش از خنثی کردن دیگری به درون سیاه‌چاله فرو رود و جفت دیگر را بیرون از افق رویداد رها کند. از دید مشاهدهکنندگان، ذره رها‌شده می‌تواند مانند تابشی به‌نظر برسد. در سیاه‌چاله‌های صوتی، تابش هاوکینگ به صورت ذره‌گونه‌هایی از انرژی ارتعاشی به نام فونونها ظهور می‌کند.
آزمون تجربی تئوری تابش هاوکینگ می‌تواند موفقیت بزرگی برای دانش فیزیک به حساب بیاید. شان کرول، اختر‌فیزیک‌دان در‌این‌باره می‌گوید: «هاوکینگ می‌بایست جایزه نوبل را به‌دلیل یکی از کارهایش دریافت می‌کرد، اما این می‌تواند چیزی بیش از انتخاب مسیر درست برای ما باشد. این تئوری بر‌می‌گردد به اصول بنیادی در مکانیک‌کوانتوم که نشان می‌دهد در فضای خمیده حاصل از گرانش، مکانیک‌کوانتوم چگونه عمل می‌کند. علاوه بر آن‌هم از لحاظ ریاضی نیز به درک تورم (انبساط فوق‌العاده سریع جهان بلافاصله پس از انفجار بزرگ) کمک می‌کند. تشخیص تابش هاوکینگ در علم نجوم کار ساده‌ای نیست، چون تابش حاصل از تبخیر سیاه‌چاله‌ها به وسیله منابع پر‌قدرت انرژی مانند تابش زمینه کیهانی محو می‌شود».
استفاده از پالس لیزر
عده‌ای دیگر از محققان در تلاشند با استفاده از پرتوهای نور در آزمایشگاه، رؤیت تابش هاوکینگ را امکان‌پذیر کنند. سال گذشته گروهی تحقیقاتی موفق شد با استفاده از فیبر نوری و این پدیده که طول‌موج‌های متفاوت نور با سرعتهای متفاوت درون آن حرکت می‌کنند، نوعی افق رویداد مصنوعی ایجاد کند.
این گروه با فرستادن پالس نسبتا کند لیزر درون فیبر‌نوری کار را آغاز کرد. این حرکت موجی باعث تغییر خواص نوری فیبر شد. به همین دلیل پالس دوم که با سرعتی بالاتر فرستاده شده بود، پشت افق رویداد حاصل از موج اول گرفتار شد و به شکل مؤثری از حرکت ایستاد.
برخی پژوهشگران معتقدند هنوز ممکن است راهی نجومی برای کشف تابش هاوکینگ وجود داشته باشد؛ چراکه هر قدر سیاه‌چاله‌ها کوچک‌تر باشند، تابش قوی‌تری خواهند داشت. شاید تبخیر سیاه‌چاله‌های میکروسکوپی که بلافاصله پس از مهبانگ به وجودآمده‌اند، توسط تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی قابل دریافت باشد.

سیاه‌چاله‌‌ها شما را به دنیاهای دیگر می‌فرستند؟

در اصول ریاضیات سیاه‌چاله‌ها نشان می‌دهد که ممکن است آنها بتوانند شما را به منطقه دیگری از فضا یا احتمالا به جهانی دیگر منتقل کنند.

با این حال ریاضیات همچنین نشان می‌د‌هد که این ارتباط هر بار تنها کسری از ثانیه طول می‌‌کشد، و این ارتباط با سایر جهان‌ها بستگی به مجموعه‌ای خاص از شرایط دارد که ممکن است هیچگاه ایجاد نشوند.

حتی اگر جنین انتقالی محتمل باشد، میدان جاذبه قوی یک سیاهچاله هر ماده‌ای را که درون سقوط کند، متلاشی می‌کند.

بنابراین هنگامی که هر چیزی از جمله نور، از به اصطلاح "افق رویداد" (event horizon) سیاه‌چاله عبور می‌کند، به درون چاه جاذبه‌ای سقوط می‌کند و از انتهای دیگر دید آن چیزی که به درون رفته است، بیرون نخواهد آمد

 

 

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: