حفره سياه (سياهچاله) چيست؟                     
1/22/2014--متفرقه
 
 
 يكي از شگفتي هاي فضا وجود حفره هاي سياه در آن است. مكان هايي كه در اثر جاذبه بي نهايت حتي نور از آن قابل گريز نيست و هر چه در آن وارد شود ديگر خارج نخواهد شد. به اين حفره ها در دانش نجوم سياه چال هاي فضايي گفته مي شود كه در اين مقاله به آن مي پردازيم.

بر اساس قانون جاذبه نيوتن، هر جرمي داراي نيروي جاذبه بوده و مقدار آن رابطه عكس با مجذور فاصله از آن دارد. 
در سال1795 لاپلاس با استفاده از قانون جاذبه نيوتن تئوري خود را چنين بيان كرد: اگر جسمي با جرم M آن قدر فشرده شود كه شعاع آن، rs كمتر از مقدار rs=2GM/c2 شود [G ضريب ثابت جهاني نيروي جاذبه و c سرعت نور] ، در نتيجه سرعت فرار از آن از سرعت نور بيشتر خواهد بود. آلبرت انيشتن مي گويد: هيچ جسمي نمي تواند از نور سريع تر حركت كند. اگر دو جسم با سرعت نور در خلاف جهت هم نيز حركت كنند باز هم نسبت سرعت آنها به يكديگر برابر با سرعت نور است. در واقع سرعت نور حد مطلق سرعت است. با توجه به اين نكته كه چون سرعت گريز از حفره هاي سياه بيشتر از نور است پس فرار از آن غير ممكن است. 
آلبرت انيشتن در سال1915 در تئوري نسبيت خود(رابطه نيروي جاذبه، زمان و حجم) وجود اين سياه چال ها را عنوان كرد. اثبات فيزيكي و فرمولي آن تا سال ها ميسر نبود. اما امروزه به وجود آنها پي برده شده است. در اين تئوري، زمان به عنوان يك بعد (زمان فضايي) نيز شناخته شده است. از آنجايي كه نور نمي تواند از حفره ها بگريزد پس در فضا چنين جسمي قابل رويت نيست.

 

پيدايش 
نوع و اندازه سياه چال ها زمان پيدايش آنها را تعيين مي كند. برخي از آنها در ابتداي تشكيل كائنات بوجود آمده و اكثراً در مركز كهكشان ها بوده و به آنها سياه چال هاي عظيم يا غول پيكر (Supermassive Black Holes) گفته مي شود. نوع ديگر آن استلارها (Stellars) هستند كه در اثر انفجار سوپرنواها بوجود مي آيند. انواع كوچك تر آنها تا اندازه كوچكتر از يك الكترون با جرم زياد وجود دارند. 

سياه چال هاي غول پيكر 
جرم اين سياه چال ها از يك ميليون تا سه ميليارد برابر خورشيد بوده و در ابتداي تولد كيهان پيدايش يافته اند. زماني كه هر نوع ماده، ستاره و يا سياره اي در نزديكي آن گرفتار جاذبه اش شود، با سرعت سرسام آور و به صورت مارپيچ به سمت مركز آن كشيده شده و در اثر جاذبه شديد بتدريج به يك صفحه تبديل مي شود. در يكي از تحقيقات اخترشناسان سرعت ورود چندين سياره به درون مركز كهكشان راه شيري محاسبه و معادل4 ميليون كيلومتر در ساعت بوده است. حتي سيارات غول پيكر قبل از رسيدن به هسته اصلي در اثر نيروي جاذبه بسيار قوي آن تكه تكه مي شوند. 
با افزايش سرعت و برخورد قطعات به يكديگر و توليد اصطكاك شديد، دما به دهها ميليون درجه سانتي گراد رسيده و در اين حرارت اشعه هاي ايكس و گاما توليد مي شوند. با رديابي اين تشعشعات، مي توان به موجوديت آنها پي برد. به علت اين برخورد و اصطكاك شديد در نزديكي حفره ها نور بسيار درخشنده اي توليد و در نتيجه، مكان اين نوع حفره ها در كهكشان ها قابل رد يابي است. نام ديگر آنها «كواسار» (ستاره دجاجه) بوده و درخشنده ترين اجسام در فضا هستند.
دانشمندان بر اين عقيده اند كه زمان پيدايش آنها در ابتداي تولد كائنات بوده و امكان بوجود آمدن مجدد آنها مقدور نيست. به مركز اين نوع كهكشان ها «AGN» كه مخفف هسته فعال كهكشان است گفته مي شود. دانشمند انگليسي «هاكينگ» معتقد است كه جرم اصلي عالم را حفره هاي سياهي تشكيل مي دهند كه در ابتداي پيدايش جهان بوجود آمده اند. در اين فاصله زماني، سياه چال هاي اوليه از بين رفته ولي بزرگترها باقي مانده اند. در سال1994 اولين سياه چال به جرم2/5 تا3/5 ميليارد برابر منظومه شمسي توسط تلسكوپ هاي قوي در مركز كهكشان M87 پيدا شد.
آيا تمام كهكشان ها داراي حفره سياه هستند؟ اين سوالي است كه تاكنون پاسخي براي آن وجود نداشته است. برخي مواد ورودي به آنها در اثر سرعت سرسام آور قبل از رسيدن از قطبين آن خارج مي شوند. اين پديده بنام «جت كهكشاني» معروف بوده و قابل رويت است.

استلارها 
اين نوع حفره ها از انفجار سوپرنوايي بوجود مي آيند. براي تشكيل اين نوع حفره ها جرم ستاره ها بايد حداقل سه برابر خورشيد باشد و در واقع آنها از مرگ ستارگان غول پيكر به وجود مي آيند. 
در زمان تولد، سوخت ستاره هاي جوان، هيدروژن است. در مركز هسته به علت نيروي جاذبه، فشار و حرارت شديد، واكنش اتمي اتفاق افتاده و هيدروژن تبديل به هليوم، نور، حرارت و تشعشع گشته و به سطح آن پرتاب مي شود. در اين زمان ستاره در حال درخشش و سوختن است. نيروي حاصل از گريز حرارت، نور و تشعشات ستاره، باعث خنثي شدن نيروي جاذبه مي شود. اين تعادل تا زماني برقرار است كه سوخت ستاره تمام نشود. اما پس از پايان سوخت (هيدروژن) و تبديل اكثر آن به هليوم، يك واكنش اتمي ديگر اتفاق افتاده و هليوم به كربن و باقيمانده آن به صورت تشعشع به انرژي تبديل مي شود. اين واكنش ادامه يافته و كربن به اكسيژن و بعد به سيليكون و در انتها به آهن تبديل مي شود. واكنش اتمي در زمان بوجود آمدن هسته آهني متوقف مي شود. 
اگر ستارگان قديمي را دو نيم كنيم، ملاحظه خواهيم كرد كه از يك هسته آهني و لايه هاي فوقاني، بترتيب سيليكون، كربن، هليوم و هيدروژن تشكيل شده است. غير از هسته مركزي تمام لايه ها در حال سوختن هستند. در نهايت واكنش اتمي به علت نيروي شديد جاذبه و حرارت و فشار، تمام اجزاء عناصر هسته آهني را تبديل به نو
 
<<مقاله قبلی   مقاله بعدی>>
كوانتوم و نسبيت دوست يا دشمن...   انرژي هسته‌اي از معدن تا نيروگاه...