اينشتين در سال 1915 در نظريه نسبيت عام خود از سياه‌چاله‌ها سخن گفت. اين پديده مرموز طبيعي كماكان در كانون توجه فيزيکدانان و اخترشناسان است . در اين مقاله سعي مي‌کنيم به مفهوم سياه‌چاله بپردازيم و با آن بيشتر آشنا شويم.
در کلامي ساده، سياه‌چاله چيزي است که از متلاشي شدن يک ستاره بزرگ باقي مي‌ماند. اگر با مفهوم "ستاره" آشنا باشيد مي‌دانيد که ستاره جسم بزرگي است که در داخل آن همجوشي در مقياسي بزرگ و به طور پيوسته انجام مي‌شود.
به دليل بزرگ بودن جرم ستاره‌ها و گسترده بودن گاز در ساختار آن‌ها، ميدان جاذبه گرانشي همواره در تلاش براي متلاشي کردن ستاره است. از طرفي همجوشي که در مرکز ستاره انجام مي‌شود عامل ايجاد ثبات در اين ميان است و با مقابله با ميدان گرانش، ستاره را از نابودي حفظ مي‌کند.
هنگام متلاشي شدن ستاره، نيروي لازم براي همجوشي نابود مي‌شود. در همين حال نيروي جاذبه گرانشي ستاره، محيط را براي اعمال نيروي خود آزاد مي‌بيند و شروع به جذب همه مواد و اجرام در اطراف خود مي‌کند.
با پر شدن فضاي درون هسته ستاره، دماي هسته افزايش مي‌يابد و اين امر عامل يک انفجار سهمگين است که تمام تابش‌ها و شعاع‌هاي انفجار آن در فضا پخش مي‌شود. چيزي که از اين انفجار باقي مي‌ماند هسته‌اي فشرده و بسيار بزرگ است. ميدان گرانش اين هسته آنقدر وسيع و قوي است که حتي شعاع‌هاي نور نيز از در امان نيستند.
اکنون هسته‌اي که داريم يک سياه‌چاله (Black Hole) است. اگر يک سياه‌چاله حرکت مداري داشته باشد، آغاز به کشيدن فضا-زمان به دور افق رويداد مي‌کند. اين گردش فضا به دور افق رويداد را کارکُره (ergosphere) مي‌گويند و شکل بيضوي دارد.
هسته ستاره متلاشي شده به عنوان مرکز سياه‌چاله يا تكينگي (نقطه يکتايي) در نظر گرفته مي‌شود. دهانه سياه‌چاله به " افق رويداد" يا Event Horizon معروف است.
ابتدا براي فهم بهتر سياهچاله‌ها بد نيست اين را بدانيد سياهچاله‌ها به قدري متراکمند که اگر کل کره? زمين قطرش به 0.9 سانتيمتر تقليل يابد اما جرمش ثابت بماند به يک سياهچاله تبديل ميگردد.
شايد بهتر است افق رويداد را به عنوان دهانه سايه‌چاله در نظر بگيريد که همه چيز را مي‌بلعد. وقتي چيزي از افق رويداد مي‌گذرد براي هميشه از بين مي‌رود. [راز‌هاي زندگي: آيا سياه‌چاله‌ها شما را به دنياهاي ديگر مي‌فرستند؟]
شعاع دهانه به نام “شعاع شواترزشيلد" معروف است. اين نام را به افتخار اختر شناس بزرگ، كارل شواترزشيلد انتخاب کرده‌اند که به پيشرفت تئوري‌هاي مربوط به سياه‌چاله کمک‌هايي کرده‌است.
در کل دو نوع سياه‌چاله وجود دارد:
• شواترزشيلد (Schwarzchild) : سياه‌چاله غير دوار
• کِر (Kerr) : سياه‌چاله دوار
سياه‌چاله کارل شواترزشيلد ساده‌ترين نوع است که در آن مرکز دوران نمي‌کند و ثابت است. اين نوع سياه‌چاله تنها داراي يک نقطه يکتايي و يک افق رويداد است.
سياه‌چاله‌هاي کِر در طبيعت به وفور يافت مي‌شوند و در آن‌ها هسته دوران مي کند و دليل اين دوران نيز، ستاره‌اي است که اين سياه‌چاله‌ها از آن‌ به وجود آمده‌اند.
معمولاً اين ستاره‌هاي دوار هستند که سياه چاله‌هاي کِر را بوجود مي‌آورند. وقتي که ستاره‌اي دوار متلاشي مي‌شود، هسته آن همچنان دوران مي‌کند و به همين دليل سياه‌چاله بوجود آمده نيز به صورت دوار به جا مي‌ماند. اگر با "اندازه حرکت دوراني" آشنا باشيد اين مطلب را بهتر متوجه مي‌شويد.
سياه‌چاله کِر از چهار قسمت زير تشکيل مي‌شود:
• تكينگي (Singularity) : همان هسته بجا مانده از ستاره متلاشي شده‌است.
• افق رويداد: دهانه سياه‌چاله
• کارکُره (Ergosphere): اگر يک سياه‌چاله حرکت مداري داشته باشد، آغاز به کشيدن فضا - زمان به دور افق رويداد مي‌کند. اين گردش فضا به دور افق رويداد را کارکُره (ergosphere) مي‌گويند و شکل بيضوي دارد.
• حد ايستائي (Static Limit): مرز بين کارکره و فضاي عادي
اگر جسمي از ميان کارکره عبور کند و از دوران آن انرژي کسب کند شانس فرار از سياه‌ چاله را دارد. ولي اگر جسمي از افق رويداد گذر کند به دورن سياه‌چاله مکيده مي‌شود. در حال حاضر هيچ کدام از تئوري‌هاي فيزيک نمي‌تواند توضيح دهد که درون سياه‌چاله چه اتفاقي براي ماده و انرژي مي‌افتد.
با اينکه تا بحال هيچ سياه‌چاله‌اي توسط انسان ديده نشده است، سه خاصيت اصلي سياه‌چاله براي ما قابل اندازه‌گيري است:
• جرم
• بار الکتريکي
• اندازه حرکت دوراني
جرم سياه‌چاله و اندازه حرکت آن را مي‌توان توسط اجرام در حال حرکت اطراف آن و قوانين کپلر اندازه گرفت.
چيزي که ما به دنبالش هستيم يک ستاره يا حلقه گازي است که با رويت آن و مشاهده رفتار آن بتوانيم حضور سياه‌چاله را تشخيص دهيم. براي مثال از مشاهده حرکت دوراني ستاره‌اي مي‌فهميم که اثري نامرئي و غير محسوس عامل اين دوران است و سپس در مي‌يابيم که اين اثر از جرم متراکم عظيمي مي‌آيد. از اينجا احتمال حضور يک سياه‌چاله را مي‌دهيم.
يک از راه‌هاي کشف سياهچاله‌ها استفاده از امواج گرانشي است که هنگام فروپاشي گسيل مي ‌کنند. هر جرم اختري از حيث شکل نامتقارن تششع ممکن است يک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد.
زماني که جسمي به درون سياه‌چاله مکيده‌ مي‌شود دمايش به هزاران درجه کلوين مي‌رسد و شتاب بزرگي مي‌گيرد. اين اجرام امواج مختلفي را گسيل مي‌کنند که ساده ترين آن اشعه ايکس است که توسط رصدخانه‌ها و آشکار‌سازهاي بيرون جو قابل رويت هستند.
با وجود تمام تلاش‌هاي دانشمدان در شناخت سياه‌چاله‌ها، اين پديده‌هاي فضايي يکي از مرموزترين و جذاب‌ترين موضوعات اختر فيزيک باقي مي‌مانند.
منبع: www.hamshahrionline.ir
/خ