افق رویداد سیاهچاله چیست؟

بیگ بنگ: در روز چهارشنبه دهم آوریل ۲۰۱۹، پروژه “تلسکوپ افق رویداد” توانست نتایج خود در خصوص سیاهچاله را منتشر کرد. اما افق رویداد دقیقا چیست؟ افق رویداد سیاهچاله با سرعت گریز آن جرم رابطه دارد؛ سرعتی که برای فرار از چنگال گرانش سیاهچاله لازم است.

black hole jet animation
این شبیه‌سازی کامپیوتری نشان میدهد که پوزیترون‌ها چگونه در نزدیک افق رویداد سیاهچاله رفتار می کنند.

به گزارش بیگ بنگ، هر چقدر یک شخص به سیاهچاله نزدیکتر شود، سرعتی که برای فرار از دست سیاهچاله نیاز دارند، بیشتر می شود. افق رویداد به آستانه پیرامون سیاهچاله اطلاق می شود که سرعت گریز از سرعت نور تجاوز می کند. بر اساس نظریه نسبیت خاص اینشتین، در فضا هیچ چیز نمی تواند سریع‌تر از سرعت نور حرکت کند. یعنی افق رویداد سیاهچاله نقطه‌ای است که از آن هیچ چیز یارای بازگشت ندارد. آوی لئوب، مدیر اخترشناسی در دانشگاه هاروارد بیان نمود: «افق رویداد، دیوار غایی زندان است؛ میتوان به آن وارد شد، اما امکان خروج نیست.»

وقتی ماده یا جرمی به افق رویداد نزدیک می شود، ناظر می تواند قرمز شدن و کم نور شدن عکس ِ آن را در زمانِ تحریف نور توسط گرانش ببیند. در افق رویداد، این عکس آنقدر کم فروغ می شود تا از دیده‌ها محو گردد. در درون افق رویداد، شاهد اثرات تکینگی سیاهچاله خواهیم بود؛ جایی که بر اساس تحقیقات قبلی، کل جرم سیاهچاله به میزانی بی نهایت چگال/متراکم رسیده است. یعنی تار و پود فضا و زمان در اطراف تکینگی به میزان بی نهایت دچار انحنا گردیده است. پس قوانین فیزیکی که امروزه می شناسیم، نقض می شوند. اندازه افق رویداد به جرم سیاهچاله بستگی دارد.

ترجمه اینفوگرافیک: امیرحسین سلیمانی/ سایت بیگ بنگ/ برای مشاهده واضح‌تر روی عکس کلیک کنید.

اگر زمین آنقدر فشرده می شد تا به یک سیاهچاله تبدیل شود، میتوانست قطری معادل ۱۷٫۴ میلی‌متر داشته باشد؛ یعنی قدری کوچکتر از یک سکه. اگر خورشید به یک سیاهچاله تبدیل می شد، میتوانست عرضی معادل ۵٫۸۴ کیلومتر داشته باشد؛ یعنی تقریبا به اندازه یک روستا یا شهر کوچک. سیاهچاله‌های غول پیکری که تلسکوپ افق رویداد به مشاهده‌شان می پردازد، اندازه بسیار بزرگتری دارند. سیاهچاله کمان ای* در مرکز کهکشان راه شیری تقریبا ۴٫۳ میلیون برابرِ جرم خورشید است و قطر آن به ۱۲٫۷ میلیون کیلومتر می رسد؛ اما سیاهچاله مسیه ۸۷ حدودا ۶ میلیارد برابرِ جرم خورشید بوده و ۱۷٫۷ میلیارد کیلومتر عرض دارد.

قدرت کِشش گرانشی سیاهچاله به فاصله از آن بستگی دارد؛ هر چقدر به آن نزدیکتر شوید، شدت گرانش رو به افزایش می گذارد. اما بسته به جرم سیاهچاله، اثرات این گرانش بر ناظر میتواند متغیر باشد. اگر به سیاهچاله کوچکی که تنها چند برابرِ جرم خورشید است، نزدیک شوید، در فرایندی تحت عنوان “اسپاگتی‌” بدنتان از هم فرو میپاشد و قبل از اینکه به افق رویداد رسیده باشید، مرگتان را به عِینه می بینید. با این حال، اگر به درون سیاهچاله‌ای به اندازه میلیون‌ها تا میلیاردها برابرِ جرم خورشید بیفتید، چنین نیروهایی را به میزان قابل توجهی احساس نمی کنید. قبل از اینکه از افق رویداد عبور کرده باشید، به واسطه اثر اسپاگتی نمیمیرید. به دلیل خطرات متعدد دیگری که در اطراف سیاهچاله وجود دارد، به احتمال زیاد قبل از رسیدن به آن نکته، جانتان را از دست می دهید.

تصور کنید یک جفت فوتون در فاصله‌ای از مرکز سیاهچاله ایجاد می شود که در آن نقطه، پرتو نور آخر گردش می کند. این فاصله می تواند بسته به میزان جرمی که سیاهچاله دارد، دور از سطح یا نزدیک به آن باشد. همچنین فرض کنید جفت فوتون هم ایجاد می شود تا یکی از آن دو به سمت درون هدایت شود (یعنی به سمت شما در مرکز سیاهچاله؛ جایی که اسلحه پرتوی خود را در دست گرفته‌اید.) فوتون دیگر روانه بیرون می شود. حالا یک مشکل وجود دارد: فوتونی که به سمت ِ درون سیاهچاله حرکت کرده، نمی تواند بیرون بیاید چرا که با سرعت نور حرکت می کند.

howtoescapeaبنابراین جفت فوتون نمی توانند دوباره همدیگر را به نابودی بکشانند و انرژی خود را در اختیار خلاء قرار بدهند. پس از اینکه سیاهچاله فوتون را به «نقطه بی بازگشت» خود راه داد، باید مقداری از جرم آن را به جهان ببخشد. استیون هاوکینگ این پروسه را به صورت ریاضی نشان داد. فوتونی که نقطه افق رویداد را ترک می کند، باعث خواهد شد سیاهچاله طوری به نظر برسد گویی درخشش ناچیزی داشته است. اینجاست که تابش هاوکینگ خودنمایی می کند. در ضمن، هاوکینگ استدلال کرد که اگر این روند به دفعات ِ زیادی روی دهد، سیاهچاله تا حدی جرمش را از دست می دهد که می تواند ناپدید شود.

افزون بر این، اساسی‌ترین مدل‌های سیاهچاله در گذشته این فرض را به پیش می کشیدند که سیاهچاله‌ها قابلیت چرخش ندارند. اما سیاهچاله‌ها توان چرخش دارند. بر اساس مدل‌های فعلی، تکینگی آنها عبارت است از حلقه‌هایی بی‌نهایت نازک. این باعث می شود که افق رویداد سیاهچاله‌هایِ در حال چرخش به صورت کشیده و مستطیل دیده شوند. افق رویدادِ سیاهچاله‌ی در حالِ چرخش به افق بیرونی و افق درونی تقسیم می شود. افق رویداد بیرونی چنین جرمی به مانند نقطه عدم بازگشت عمل می کند؛ درست مثل افق رویدادِ سیاهچاله‌ای که قابلیت چرخش ندارد. افق رویداد درونی سیاهچاله‌ای که در حال چرخش است، ماهیت عجیب‌تری دارد.

سیاهچاله‌ی در حال چرخش تار و پود فضا-زمان اطرافش را وادار به چرخش با خود می کند؛ این پدیده را تحت عنوان «اثر لنز تیرینگ» می شناسند که در اطراف سایر اجرام بزرگتر مثل زمین هم دیده شده است. این پدیده باعث ایجاد یک گردباد کیهانی به نام اِرگوسفر می شود که در بیرونِ افق رویدادِ در حال چرخش روی می دهد. هر جرمی که درون ارگوسفر قرار داشته باشد، مجبور به حرکت در جهت یکسان می شود. موادی که به درون ارگوسفر سقوط می کنند، میتوانند به سرعت قابل قبولی برای گریز از گرانش قوی سیاهچاله دست پیدا کنند. در این حالت، سیاهچاله‌ها می توانند اثرات نیرومندی بر اطراف ِ خود بگذارند.

چرخش عاملی است که می تواند قدرت بیشتری به سیاهچاله‌ها بدهد تا مواد راه یافته به درونشان را به طور موثرتری به انرژی تبدیل سازند. سیاهچاله‌ای که نمی چرخد، میتواند تقریبا ۵٫۷% از مواد راه یافته به درون آن را به انرژی تبدیل کند. در مقابل، سیاهچاله‌ی در حال چرخش تا ۴۲% از جرم را به انرژی تبدیل می کند. این فرایند پیامدهای مهمی برای محیط  ِ اطراف سیاهچاله‌ها دارد. مقدار انرژی سیاهچاله‌های غول‌پیکر در مرکز کهکشان‌های بزرگ می تواند به طرز قابل توجه و معناداری بر تکامل آن کهکشان‌ها تاثیر بگذارد.

در سال ۲۰۱۲، فیزیکدانان این ایده را مطرح کردند که هر چیزی به درون سیاهچاله سقوط کند، با دیواری آتشین روبرو می شود. دلیلش این است که وقتی ذرات به یکدیگر برخورد می کنند، می توانند از طریق رابطه‌ای به نام درهم تنیدگی به طور نامرئی به همدیگر پیوند بخورند. سیاهچاله‌ها می توانند چنین رابطه‌هایی را بشکنند و مقدار عظیمی از انرژی، آزاد کنند. با این حال، سایر تحقیقاتی که در صدد متحدسازی نسبیت عام (که میتواند ماهیت گرانش را توضیح دهد) با مکانیک کوانتومی است، نشان می دهد که دیوار آتشین شاید وجود خارجی نداشته باشد. تلسکوپ افق رویداد می تواند با عکسبرداری از لبه‌های سیاهچاله به دانشمندان کمک کند تا شکل و رفتار افق‌های رویداد را مورد تجزیه و تحلیل قرار بدهند.

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *