تاریخچه سیاهچاله ها

ردیف موضوع صفحه
۱ مقدمه ۵
۲ تاریخچه سیاهچاله ها ۶
۳ سیاهچاله ها ۷
۴ تبدیل ستارگان بزرگ به سیاهچاله ها ۹

۵ ویژگی سیاهچاله ها ۱۰
۶ تعداد سیاهچاله ها در جهان ۱۰
۷ آشکار سازی سیاهچاله ها ۱۱
۸ سیاهچاله ها ممکن است آغاز را از دید ما بپوشانند ۱۱
۹ مفاهیم پایه ۱۳
۱۰ ساختار سیاهچاله ها ۱۴
۱۱ سیاهچاله ها چگونه به وجود می ایند؟ ۱۴
۱۲ نتایج تحقیقات هاوکینگ ۱۶
۱۳ مجهولات سیاهچاله ها ۱۷
۱۴
اختر سیاهچاله ها ۲۰
۱۵ خصوصیات سیاهچاله ها ۲۱
۱۶ تشکیل سیاهچاله دها ۲۲
۱۷ سیاهچاله های کهکشانی ۲۳
۱۸ سیاهچاله های ابر پرجرم ۲۴
۱۹ فروپاشی گرانشی ۲۵
۲۰ شعاع شوارتسشیلد ۲۶
۲۱ انواع سیاهچاله ها ۲۷

۲۲ سیاهچاله های چرخان ۲۸

۲۳ سیاهچاله های هاوکینگ ۲۸
۲۴ مرگ ا سپهند ، سیاهچاله عمیق فرهنگ ایران ۳۰
۲۵ سیاهچاله های نامرئی به همراه تلسکوپ های ناسا ۳۴
۲۶ سیاهچاله های راه شیری شتاب دهنده غول پیکر ذرات ۳۷
۲۷ کسوف در سیاهچاله ها ۴۰

مقدمه
يكى از نخستين حل هاى معادله اينشتين را فيزيك پيشه منجمى به نام كارل شوارتس شيلد به دست آورد. شوارتس شيلد
متريك اطراف يك كره مثلاً اطراف يك ستاره را به دست آورد. اين متريك كه امروزه متريك شوارتس شيلد نام دارد، خاصيت
بسيار عجيبى دارد: اگر شعاع ستاره از حدى كوچك تر شود، ديگر حتى نور هم از آن نمى تواند بيرون بيايد. در اين حالت ستاره تبديل
به شىء عجيبى مى شود كه سياهچاله نام گرفته است. درك فيزيك سياهچاله ها يكى از چالش هايى است كه فيزيك پيشه ها
بيش از نيم قرن است با آن دست و پنجه نرم مى كنند. امروزه تقريباً اكثر اخترفيزيك پيشه هاى فعال اعتقاد دارند كه در دنيا از
جمله در مركز كهكشان راه شيرى سياهچاله هست.

تاریخچه سیاهچاله ها
پس از آنکه مکانیک نیوتنی تحت عنوان مکانیک آسمانی در شناخت جهان مورد استفاده قرار گرفت، یکی از موارد مورد توجه
سیاه چاله ها بود. نخستین بار در سال ۱۷۸ جا

ن میشل طی مقاله ای سرعت فرار را با اطلاعات آن روز محاسبه کرد و اظهار داشت
اگر گرانش چنان قوی باشد که سرعت فرار در آنجا بیش از سرعت نور باشد، نور نمی تواند از آنجا بگریزد. البته در آنزمان بطور تقریبی
سرعت نور را می داننستد، ولی حد سرعت، سرعت نور نبود. زیرا در مکانیک نیوتنی سرعت نامتناهی قابل قبول بود.
در سال ۱۷۹۶ لاپلاس همان نظریه ی جان میچل را دو

باره مطرح کرد. در اواخر قرن نوزدهم سرعت نور کاملاً معلوم و اندازه گیری شد.
در سال ۱۹۱۵ انیشتین نظریه نسبیت عام را مطرح کرد و نشان داد که گرانش روی روی اثر دارد. چند ماه بعد کارل شوارتسشیلد با
حل معادله میدان انیشتین برای یک جرم نقطه ای، اظهار داشت از نظر تئوری سیاه چاله ها وجود دارند. شعاعی که نور نمی تواند از
آنجا خارج شود به نام شعاع شوارتسشیلد شناخته می شود و از رابطه ی زیر به دست می آید. چند ماه بعد از شوارتسشیلد یکی از
دانشجویان لورنتس به نام ژوهانس دروست، به همان نتایج شوارتسشیلد رسید.
در ۱۹۲۰ چاندرازخار که از شاگردان ادینگتون بود با استفاده از نسبیت خاص نشان داد که اگر سرعت فرار بخواهد بیش از سرعت نور
باشد، جرم جسم باید حداقل ۱٫۴۴ برابر جرم خ.رشید باشد. این عدد امروزه به عنوان حد چاندرازخار شناخته می شود. ادینگتون با
دست آورد وی مخالف کرد و آن را نا درست خواند. در ۱۹۳۹ اپنهایمر و اسنادر پیش بینی کردند که یک ستاره پر جرم در اثر گرانش
فرو می ریزد و به سیاه چاله تبدیل می شود. همزمان با آغاز جنگ جهانی دوم، مسئله سیاه چاله ها به فراموشی سپرده شد. در دهه ی
۱۹۶۰ دوباره نظریه سیاه چاله ها و راه حل شوارتسشیلد و فروپاشی گرانشی مورد توجه فیزیکدانان قرار گرفت.
در سال ۱۹۷۱ استفن هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه بوجود آمدن سیاهچاله‌ها هنگامی که جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز
کرد اتفاق افتاده است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از این مواد آن چنان به هم فشرده شدند
که تبدیل به سیاهچاله گشتند. وزن برخی از این سیاهچاله‌ها ممکن است به اندازه وزن یک سیاره کوچک و یا از آن کمتر باشد و وی
آنها را سیاهچاله کوچک نامید.

سیاهچاله

نگاره‌ای تخیلی از صفحه تجمع پلاسمای داغ بر گِرد یک سیاهچاله (برگرفته از ناسا).
سیاهچاله‌ها اجرام فضایی دارای شعاع بسیار کم (در حدود یک دهم شعاع زمین) و جرم بسیار زیاد می‌‌باشند (بیش از ۱.۴ برابر جرم
خورشید). یکی از خصوصیات آن‌ها گرانش زیاد آن‌ها است که حتی نور را هم

در خود جذب می‌‌کند.(این برداشت که نور جذب سیاه
چاله‌ها می‌شود کاملاً غلط است چون در نظریه نسبیت عام اینشتین گفته شده است که فضا-زمان به علت وجود ماده انحنا پیدا
می‌کند که در سیاه چاله‌ها حتی انحنا باعث ناپیوستگی در فضا زمان می‌شود و چون نور در این فضا-زمان حرکت می‌کند به ناچار وارد

سیاه چاله می‌شود) گفتنی است این سیاهچاله‌ها از فرو پاشی (Collapse) ستارهای نوترونی و پس از آنکه هسته اتمها در آن به
قدری بزرگ شدند که نیروی گرانش دیگر نتواند انرژی لازم برای جوش هسته‌ای را در آنها تأمین کند به وجود می‌‌آیند.
سیاهچاله‌ها جذاب‌ترین و اسرارآمیزترین اشیاء فضایی هستند. مهم‌ترین یافته‌های اخترشناسی سالهای ۱۹۶۰ تپ‌اخترها و اخترنماها
هستند. تپ اخترها منابع رادیویی و (حداقل در یک مورد) منبع نوری تپنده منظم هستند. اختر نماها منابع نوری و رادیویی بسیار
شدیدی هستند که ظاهراً از زمین فاصله زیادی دارند. کشف تپ اخترها و اخترنماها بیشتر در نتیجه پیشترفتهای اخترشناسی رادیویی
تحقق یافت که در سالهای ۱۹۷۰ منجر به جستجوی طبقه تازه‌ای از اشیای آسمانی شد که عجیب‌ترین پدیده‌های فیزیکی در جهانند.
این پدیده ها، سیاهچاله‌ نامیده می‌‌شوند. آنها را از این رو به این نام خوانده‌اند که بی نورند و چون یک جاروبرقی اختری، ماده و انرژی
را از فضا می‌‌مکند. اخترفیزیکدانان، سیاهچاله‌ها را که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ رندگی ستارگان بسیار بزرگ می‌‌دانند.
دانشمندان، سیاهچاله‌ها را که بر اثر نیروی گرانش خودشان فرومی‌پاشند، از نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین استنتاج کرده اند.

نظریه اینشتین در نظریه جاذبه (گرانش) نیوتون کاملاً تجدید نظر کرده است. اگر یک سیاهچاله‌ در فضای خارجی کشف شود. این
رویدادها برای فیزیک و اختر‌شناسی با اهمیت خواهد بود. فیزیک کلاسیک نمی‌تواند

سیاهچاله‌ را تبیین کند. اگر یک سیاهچاله‌ وجود
داشته باشد، نسبیت عمومی به طور واقعی مورد تایید قرار خواهند گرفت.
kamyararyana می نویسد “فرض کنید سوار بر فضا پیمای خود به طرف سیاهچاله ای که میلیون برابر خورشید جرم دارد و در

مرکز کهکشان ما قرار دارد ،حرکت می کنید .(واقعا جای بحث دارد که آیا در مرکز کهکشان ما سیاهچاله وجود داشته باشد
،فرض کنید چنین چیزی باشد.) در فاصله بسیار دوری از سیاهچاله موشک خود را خاموش کنید.چه اتفاقی می افتد؟ اوایل شما هیچ
نیروی گرانشی احساس نمی کنید،ز یرا در حال سقوط آزاد هستید.همه اعضای بدن شما و فضا پیما به طور یکسانی کشیده می شوند.
به خاطر همین احساس بی وزنی می کنید. سیاهچاله ها را از این رو به این نام خوانده اند که بی نورندو چون یک جا روبرقی اختری،
ماده و انرژی را از فضا می مکند ، در سیاهچاله جاذبه آنچنان زیاد است که نور نمی تواند فرار کند. اختر فیزیکدانان، سیاهچاله ها را
که بسیار کوچکند، آخرین مرحله تاریخ رندگی ستارگان بسیار بزرگ می دانند. وجود سیاهچاله ها قبل از آنکه توسط کیهان شناسان به
ثبوت برسد توسط فیزیکدانان بوسیله تئوری نسبیت عام انشتین پیش بینی شد! فیزیکدانان توصیف نسبتاً جامعی از سیاهچاله ها
به دست داده اند. به عقیده دکتر جان ویلر و دکتر رئو روفینی از دانشگاه پرینستون سیاهچاله ها اندازه و شکلی به مفهوم قراردادی آن
ندارند اما آنها در محدوده یک قطر ۱۵ کیلومتری عمل می کنند. سیاهچاله ها جرمهای متفاوتی بین جرم خورشید و صد میلیون برابر
جرم خورشید دارند. حفره های سیاه مثل گرداب عمل می کنند. هر جرم با انرژی رگردانی که به یک سیاهچاله نزدیک شود (در داخل
فاصله معینی که افق آن خوانده می شود) بطور مقاومت ناپدیری به درون گرداب، که همان سیاهچاله است کشیده می شود. نیروها
ی کشندی شدید درون سیاهچاله ها ماده را در یک سمت می کشد و منبسط می کند و در سمت دیگر می فشرد و خرد می کند و خرد
می کند تا آن که آن ماده به کلی تجزیه و جزفضای خمیده و حفره سیاه شود. در سال ۱۹۷۱ یک دانشمند انگلیسی به نام استفن

هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه به وجود آمدن سیاهچاله ها هنگامی که جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز کرد اتفاق افتاده
است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از این مواد آن چنان به هم فشرده شدند که تبدیل به معاصر است، زمینه‌ی پژوهشی اصلی وی کیهان‌شناسی و
گرانش کوانتومی است. از مهم‌ترین دستاوردهای وی مقاله‌ای است که به رابطه‌ی سیاه‌چاله‌ها و قانون‌های ترمودینامیک می‌پردازد.
خواص سیاهچاله ها بسیار عجیب است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده ردو بدل می کنند. قوانین
طبیعی شکسته میشوند. هر شی در شرایط عادی اندازه خود را نگه می دارد ولی نمی تواند از عمر فیزیکی بگریزد. در درون سیاهچاله
ها بر اشیا عمری نمی گذرد، ولی مداوماً کوچکتر می شوند. مشاهده گران نمی توانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای دیگر

انرژی، تحت تاثیر مکش حفره سیاه است. اگر پدیده ای بطور مثال ۱۵ هزار سال نوری قبل اتفاق افتاده باشد با آنکه پدیده مدتها
پیش پایان یافته برای ما قابل مشاهده است چرا که بدلیل بعد مسافت برای دریافت نورش زمان متناسب با مسافت سپری
میگردد. اما چرا در مورد سیاهچاله ها پدیده های مربوطه قابل مشاهده نیست؟ علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله تبدیل
می شود، نسبت به ناظران خارج بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف می شود. به عقیده دکتر ویلر و دکتر روفینی (علائم و اطلاعات
مربوط به مرحله های بعدی فرو پاشی هرگز نمی گریزند، بلکه در فرو پاشی خود هندسه(زمانی و مکانی) درگیر می شوند.)

تبدیل ستارگان بزرگ به سیاهچاله‌
بر سر ستاره در حال مرگی که بیش از ۱.۴ برابر خورشید است چه می‌‌آید؟ حتی نیروی قوی نیز نمی‌تواند سرعت فرو پاشی درونی آن را
متوقف سازد. و این ستاره کاملاً فرو می‌‌پاشد و از مرحله ستاره نوترونی فراتر رفته و حتی به یک شی کوچک‌تر و چگال تر یعنی
سیاهچاله‌ تبدیل می‌‌شود.اگر هر جسم را به اندازه شعاع شوارتز شیلد منقبض کرد ان به یک سیاه چاله تبدیل میشود شعاع شوارتز
شیلد زمانی ایجاد می شود که سرعت گریزه از جاذبه به سرعت نور برسد.
فروپاشی کامل به معنای آن نیست که سیاهچاله‌ از روی صفحه جهان محو می‌‌شود. همان طور که به‌وسیله اینشتین توصیف شده
است ساختار فضا- زمان فرو پاشی بی پایان را منتفی می‌‌کند و به جای آن

یک انحنای غیر مادی، نامرئی و واقعی فضا را به وجود
می‌‌آورد. یک سیاهچاله‌ را می‌‌توان به مرد نامرئی سنگین وزنی تشبیه کرد که روی یک نیمکت نشسته است. او دیده نمی‌شود ولی
وزن او در نیمکت فرورفتگی ایجاد می‌‌کند. سیاهچاله‌ برای فیزیکدانان نظری چیز تازه‌ای نیست. در سال ۱۹۳۹ج. اوپنهایمرو هارتلند و
اس. اشنایدر برای نخستین بار سیاهچاله‌ها را به عنوان نتیجه‌ای از نسبی

ت عمومی پیشنهاد کردند ولی در آن زمان برای تشخیص آنها
هیچ راه معلومی وجود نداشت. اما با پیشترفت اخیر اخترشناسی رادیویی و کشف علائم رادیویی توضیح ناپذیر از اعماق فضا، یاهچاله‌
ها به صورت موضوع بسیار مهم اختر‌شناسی درآمده اند. دانشمندان معتقدند که این اشیای نظری پدیده‌های با انرژی فوق العاده

چون اختر نماها و تپ اخترها می‌‌توانند نقشی داشته باشند. سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی تنها اشیای شناخته شده در فیزیک هستند
که برای انجام مشاهده‌های اخترشناختی روی چنان فرستنده‌های بسیار نیرومند تشعشع، به اندازه کافی فشرده و پر جرمند.
ویژگی سیاهچاله‌ها
فیزیکدانان به یاری تجهیزات کوچک، توصیف نسبتاً جامعی از سیاهچاله‌ها به دست داده اند. به باور دکتر جان ویلر و دکتر رئو روفینی
از دانشگاه پرینستون سیاهچاله‌ها اندازه و شکلی به مفهوم قراردادی آن ندارند اما آنها در محدوده یک قطر ۱۵ کیلومتری عمل می‌‌کنند
سیاهچاله‌ها جرمهای متفاوتی بین جرم خورشید و صد میلیون برابر جرم خورشید دارند. سیاهچاله‌ها مثل گرداب عمل می‌‌کنند. هر جرم
با انرژی سرگردانی که به یک سیاهچاله‌ نزدیک شود (در داخل فاصله معینی که افق آن خوانده می‌‌شود) بطور مقاومت ناپدیری به درون
گرداب، که همان سیاهچاله‌، است کشیده می‌‌شود. نیروهای کشندی شدید درون سیاهچاله‌ها ماده را در یک سمت می‌‌کشد و منبسط
می‌‌کند و در سمت دیگر می‌‌فشرد و خرد می‌‌کند. تا آن که آن ماده به کلی تجزیه و جزء فضای خمیده و سیاهچاله‌ شود.

خواص دیگر سیاهچاله‌ها از این هم عجیب تر است. زمان و مکان خصوصیات خود را در درون ستاره کاملاً فرو پاشیده ردو بدل می‌‌کنند.
هر شی در شرایط عادی اندازه خود را نگه می‌‌دارد ولی نمی‌تواند از عمر فیزیکی بگریزد. در درون سیاهچاله‌ بر اشیا عمری نمی‌گذرد، ولی
مداوماً کوچک‌تر می‌‌شوند. مشاهده کنندگان سیاهچاله‌ از فاصله مطمئن و ایمنی

نمی‌توانند واقعاً آن را ببیند، زیرا نور مانند شکلهای
دیگر انرژی، تحت تأثیر مکش سیاهچاله‌ است. همچنانکه نور به درون آن کشیده می‌‌شود، به طور بی پایانی به انتهای قرمز طیف رنگها
تغییر مکان می‌‌دهد و سیاهچاله‌ را سیاه و بنابراین نامرئی می‌‌کند. اگر سیاهچاله‌ها اندکی مرئی بودند، مشاهده کنندگان، این ستارگان
را درست آن گونه که پیش از فروپاشی هزاران میلیون سال پیش رخ داده بود می‌‌دیدند. علت آن است که وقتی ستاره به سیاهچاله‌
تبدیل می‌‌شود، نسبت به ناظران بیرونی بی درنگ گذشت زمان در آن متوقف می‌‌شود. به عقیده دکتر ویلر و دکتر روفینی (علائم و
اطلاعات مربوط به مرحله‌های بعدی فرو پاشی هرگز نمی‌گریزند، بلکه در فرو پاشی خود هندسه (زمانی و مکانی) درگیر می‌‌شوند.)
تعداد سیاهچاله‌ها در جهان
به عقیده ای.جی.دابلیو. کامرون از دانشگاه یشیوا ممکن است جهان پر از سیاهچاله‌ باشد. نظریه کیهان‌شناسی پیش بینی می‌‌کند که

جهان شامل مقدار مشخصی ماده است. اما اخترشناسان از مشاهده هایشان استنباط کرده‌اند که تقریباً ماده به اندازه کافی وجود
ندارد تا این پیش بینی‌ها را عملی سازد. ماده مشاهده شده به اندازه قابل ملاحظه‌ای کمتر از ماده پیش بینی شده است. دکتر کامرون
بر آن است که ماده گمشده ممکن است به وسیله شمار زیادی سیاهچاله‌ بلعیده شده باشد.
تاریخ شیمیایی جهان نشان می‌‌دهد که نخستین ستارگانی که تشکیل شده‌اند بسیار بزرگ بوده‌اند و انتظار می‌‌رود به سیاهچاله‌ها
تبدیل شوند. با قطعیت نمی‌توان گفت که همه ستارگان ناگزیر به سیاهچاله‌ها مبدل می‌‌شوند. دانشمندان نشان داده‌اند که

ستارگان نا متقارن ستارگانی که تقارن کروی تقریباً کامل ندارند به این سرنوشت دچار می‌‌شوند. اما به عقیده وای. ب. زلدوویچ
فیزیکدانان شوروی و گروه انگلیسی استیون هاوکینگ، راجر بن روز و روبرت چراک، عدم تقارن شکلی کوچک، یک ستاره بزرگ را نجات
نخواهند داد.
آشکارسازی سیاهچاله‌ها
یک از راههای کشف سیاهچاله‌ها استفاده از امواج گرانشی است که هنگام فروپاشی گسیل می‌‌دارند. هر جرم اختری از حیث شکل
نامتقارن تششع ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. جوزف وبر از دانشگاه مریلند، پیش کسوت رشته
تشعشع گرانشی، رویدادهای زیادی را کشف کرده است که حاکی از ویرانی وسیع ماده در جهان، از راه فروپاشی گرانشی است. کارافزار
او عبارت است از آنتن‌های آلومینیومی، ابزاری که به‌وسیله سیمهایی در داخل اتاقهای حفاظ داری آویزانند. این کار افزار او قادر به
کشف سیاهچاله‌ است، اما متاسفانه این کار را نمی‌تواند به دقت انجام دهد.
سیاهچاله ها ممکن است لحظه آغاز را از دید ما بپوشانند.
اختر فیزیکدان های دانشگاه پن استیت تصور می کنند که اثر خمش نور در حوزه گرانشی سیاهچاله ها ممکن است مانع
مطالعه لحظات آغاز عالم شود . سیاهچاله ها همه اجسام اطرافشان را به درون خود می کشند . علاوه بر این ،این چاههای گرانشی
قوی بر روی امواج الکترومغناطیس نیز اثر می گذارند .امواج الکترومغناطیس در مسیر حرکت شان تحت تأثیر ماده محیط قرار

می گیرند . مواد با ضریب شکست منفی اثری کاملا متفاوت با مواد با ضریب شکست مثبت دارند . ماده معمولی دارای ضریب
شکست مثبت است . این نوع مواد( مثل آب ، شیشه و … ) پرتو را در همان راستای حرکتش جابجا می کند . اما مواد با
ضریب شکست منفی پرتو را در خلاف جهت حرکتش جابجا می کند .قبلا لاختاکیا و مکی از

 

دانشگاه ادینبروگ با استفاده از نسبیت
خاص اینشتین شکست امواج الکترومغناطیس داخل مواد را مطالعه کردند . آنها دریافتند که شکست منفی می تواند برای یک
ناظر در حال حرکت با سرعت بسیار بالا رخ دهد . بعدها نشان داده شد که در فضای خارج نیازی به وجود شکست منفی نیست .
در عوض وقتی پرتو از داخل میدان گرانشی یک جسم بسیار پر جرم ، مانند سیاهچاله چرخان ، عبور کند ، وجود شکست منفی ممکن
می شود . اما سندی ستیاوان از دانشگاه ادینبروگ نشان داد که در حوزه نسبیت عام یک ناظر در اطراف یک سیاهچاله چرخان ناحیه به
نام ارگوسفیر( نیروکره) وجود دارد که در آن امواج الکترومغناطیس بدلیل شکست منفی خمیده می شوند . این یافته جدید در ۷
مارس در مجله فیزیک لتر A به چاپ رسید .ما با عدسی های گرانشی آشنا هستیم . حال مشکل اینجاست که تعدد سیاهچاله
ها و اجسام پر جرم در اطراف ما ممکن است باعث شود که نورهای ارسالی از لحظه های آغازین عالم دستخوش چنین شکست هایی
قرار گیرد و در نتیجه ما نتوانیم به مطالعه آنها بپردازیم .

مفاهیم پایه:

طبق نظریه ، نسبیت عام ، گرانش انحنا دهنده فضا زمان است. فضای حول ستاره به نحو بارزی خم می شود در لحظه ای که هسته ستاره تبدیل به حفره سیاه می شود. این جرم خطوط فضا زمان را مانند پیله ای به دور خود می پیچد. امواج نوری کم تحت زوایای خاصی به س سمت سیاه چاله روان می شود.

افق حادثه در راه شیری

در سطح کره ای که هم مرکز نقطه یکتایی سیاهچاله است، تجمع می کنند. در فاصله معینی از سیاهچاله که بسته به جرم ستاره

ر مبیده دارد، جاذبه آنچنان زیاد است که نور نمی تواند فرار کند به این فاصله افق حادثه گفته می شود.

ساختار سیاهچاله ها:
با حل استاتیک غیر چرخشی با تقارن کروی برای معادلات میدان اینشتین این نکته مشخص می شود که سیاهچاله ها که از یک
سمت به صورت چاه عمل می کنند، در سطح دیگری به صورت چشمه عمل می کند. یعنی می تواند دو سطح مختلف فضا زمان را از
جهان های گوناگون یا دو نقطه بسیار دور از جهان خودمان را به هم متصل کند. که به این حالت کرم چاله یا پل اینشتین رزن گفته
می شود.
سیاهچاله ها چگونه به وجود می آیند؟
هر چه ستاره های نوترونی بزرگتر باشد کشش جاذبه ای داخلی آن نیز بیشتر خواهد بود. در سال ۱۹۳۹ او پنهایمه فکر کرد که نوترون
ها نمی توانند در برابر همه چیز مقاومت کنند. به نظر او اگر یک چیز در حال از هم پاشیدن بزرگتر از ۳/۲ برابر اندازه خورشید بود،
آ نگاه نه تنها الکترون ها بلکه نوترون های آن نیز در هم می شکست.
همچنین باید بدانیم که وقتی نوترونها در هم شکستند دیگر هیچ چیز مطلقا وجود ندارد که از ، در هم پاشیدن ستاره جلوگیری کند. اگر
شما خود را روی سطح یک توده در حال از هم پاشیدن تصور کنید، آنگاه شما با فرو ریختن آن جسم به مرکز آن نزدیکتر و نزدیکتر
خواهید شد. و بنابراین نیروی جاذبه بیشتر و بیشتری را حس خواهید کرد. تا هنگامی که ستاره به مرحله کوتوله سفید برسد، شما
بیش از ۱٫۰۱۶ تن وزن پیدا خواهید کرد.

وقتی که ستاره به در هم پاشیدن ادامه داد و از مرحله ستاره نوترونی هم گذشت و به طور کامل از هم پاشید، وزن شما از ۱۵۰۰۰
میلیون تن بیشتر و بیشتر خواهد شد. اگر سیاهچاله به اندازه کافی به ما نزدیک بود، می توانستیم نیروی جاذبه بر آن را حس کنیم.
اما وقتی یک سیاه چاله در میان ستاره ها خیلی دورتر از ما قرار دارد، آیا م

ی توانیم وجود آنرا اثبات کنیم؟ برای این منظور خترشناسان
د و راه آشکار شدن حدس می زنند.
• اول از روی جرم سحابی برای مثال اگر آنها جرمهای تمام ستارگان موجود در یک خوشه ستاره ای مرئی به طور قابل ملاحظه ای کمتر از جرم خوشه وجود داشته باشد، مرکز کهکشان ها به عنوان مکانهایی تلقی می شوند که در آنها سیاهچاله ها وجود دارند. زیرا چگالی مواد در آنجا زیاد است.

• راه دوم نیز این بوده که اگر چه hc سیاهچاله ها هیچ تشعشعی خارج نمی شود اما چیزهایی که در سیاهچاله ها سقوط می کنند به هنگام سقوط اشعه ایکس از خود منتشر می کنند و هر چیز کوچکی که در سیاهچاله ها سقوط کند تنها مقدار کمی اشعه ایکس از خود منتشر می کند. این مقدار برای کشف آن در فاصله میلیون ها میلیون کیلومتری کافی نخواهد بود.

در سال ۱۹۷۱ یک دانشمند انگلیسی به نام استفن هاوکینگ عنوان کرد که این واقعه به وجود آمدن سیاهچاله ها هنگامی که
جهان نخستین انفجار بزرگ خود را آغاز کرد اتفاق افتاده است. هنگامی که تمامی مواد تشکیل دهنده جهان منفجر شد، مقداری از
ا این مواد آن چنان به هم فشرده شدند که تبدیل به سیاهچاله گشتند. وزن برخی از این سیاهچاله ها ممکن است به اندازه وزن یک
سیاره کوچک و یا از آن کمتر باشد. و وی آنها را سیاهچاله کوچک نامید.

نتایج تحقیقات هاوکینگ:

• سیاهچاله ها می توانند وزن از دست بدهند
• مقداری از انرژی جاذبه ای آنها در خارج ازمحدوده شعاع شوارتز شیلد ستاره به ذرات ماده تبدیل می شود.
• ممکن است این ذرات به فضای بیرون بگریزند از این طریق مقداری از مواد تشکیل دهنده سیاهچاله های بزرگ که به اندازه یک ستاره وزن دارند، برای تبخیر همه مواد تشکیل دهنده اش میلیون ها میلیون سال وقت لازم است. درحالی که در این مدت خیلی بیشت

ر از این مقدار ماده به آن اضافه می شود. بنابر این هیچگاه از طریق تبخیر وزن آن کاسته نمی شود.

• هر چه سیاهچاله کوچکتر باشد سرعت تبخیر آن بیشتر است یک سیاهچاله کوچک واقعی باید بیشتر از مقدار ماده ای که به خود جذب می کند وزن از دست بدهد. بنابر این سیاهچاله کوچک باید بوسیله تبخیر کوچکتر و کوچکتر شود و بالاخره هنگامی که دیگر خیلی خیلی کوچک شد یک مرتبه تبخیر آن حالت انفجاری بخود گرفته و تشعشعاتی حتی با انرژی بیشتر از اشعه ایکس منتشر کند. اشعه منتشر شده از این طریق اشعه گاما خواهد بود
• سیاهچاله های کوچکی که ۱۵ میلیون سال پیش هنگام نخستین انفجار بزرگ جهان ایجاد شده اند، اکنون ممکن است در حال ناپدید شدن باشند. هاوکینگ اندازه اولیه آنها و نوع اشعه گامایی را که هنگام انفجار تولید می کنند، حساب کرد.
مجهولات سیاهچاله ها:

اگر
تاره

شناسان بتوانند نوع پرتوهایی که هاوکینگ پیش بینی کرده است، شناسایی کنند، مدرک خوبی برای تایید تشکیل و وجود سیاهچاله
بدست خواهد آمد. اما تاکنون پرتوهای پیش بینی شده کشف نشده اند. با این حال هر لحظه ممکن است این پرتو ها شناسایی
دلیل تابش اشعه ایکس از حفره سیاه این است که جرمی که توسط طوفانهای ستاره ای خود ستاره ، از سطح آن می گریزند، در فاصله
مناسبی که به حفره سیاه رسیدند، توسط حفره شکار می شوند. و در مداری به دور حفره شروع به چرخش کرده و به این ترتیب شکل یک د یسک عظیم را تشکیل می دهند.

با توجه به این نکته که لایه های داخلی تر دیسک سریع تر از لایه های خارجی می چرخند، در اثر اصطکاک لایه های مختلف دیسک گرم شده شروع به تابش اشعه ایکس می کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی گفته می شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (
دجا جه۱-X ) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه) ۳۰ کیلومتر است و برای تمامی ستاره های دو تایی سیاه چاله ساختمان به همین شکل است.
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

 

می‌ می چرخند، در اثر اصطکاک لایه‌های مختلف دیسک گرم شده و شروع به تابش اشعه ایکس می‌کنند. به این دیسک ، دیسک تجمعی
گ گفته می‌شود. این حالت برای اولین بار در ستاره دوتایی (دجاجه۱-X) مشاهده شده است. احتمالا قطر خود حفره سیاه (قطر افق حادثه)
۳ ۳۰ کیلومتر است و برای تمامی ستاره دوتایی سیاهچاله ساختمان به همین شکل است.

اختــرسیاهچاله ها

باور غلط : سیاهچاله ها اجرامی هستند که هیچ نوری از خود منتشر نمی کنند و هر جسمی که درون آنها گرفتار شود، سرنوشتی
نامعلوم خواهد داشت.باور درست : سیاهچاله ها دارای تابشی به نام تابش هاوکینگ هستند. پروفسور هاوکینگ ثابت کرد که این
تابش، اطلاعاتی از دورن سیاهچاله به ما می دهد. در ابتدا یک اصطلاح در باره سیاهچاله را تعریف می کنم. طبق تعریف “افق رویداد
یک سیاهچاله مرزی است که هر چیزی که واردآن شود گرفتار میدان گرانشی سیاهچاله خواهد شد. مردم عادی فکر می کنند که
سیاهچاله ها هیچ نور و اطلاعاتی منتشر نمی کنند، و اگر جسمی توسط سیاهچاله بلعیده شود، سرنوشت نامعلومی خواهد داشت.
اما پروفسور هاوکینگ در سال ۱۹۷۴ با محاسبات رياضي بر روی سياهچاله ها متوجه نکته بسيار عجيبي شد.هاوکینگ نشان داد که
اين اجرام دارای نوعي تابش هستند، که این تابش بعدها به تابش هاوکينگ معروف شد. اما در آن سال پروفسور معتقد بود که اين
تابش با ديگر تابشها متفاوت است و بلافاصله پس از آن که بخواهد از افق رويداد خارج شود تمام اطلاعات خود را ازدست مي دهد
و نابود می شود. براساس محاسبات هاوکينگ، اين تابش اطلاعاتی از ماهیت جسم تابش کننده (سیاهچاله) را همراه نداشت و تمام
اين اطلاعات به نوعي گم مي شدند. این مساله غير عادي موجب بروز پارادوکسي به نام پارادوکس اطلاعاتي سياهچاله شد.
مدت ۳۰ سال بسياري از دانشمندان تلاش کردند تا بتوانند اين پارادوکس را حل کنند، اما کوشش آنها با شکست مواجه شد.
تا اینکه خود پروفسور در سال گذشته به حل این پارادوکس پرداخت و با استفاده از مکانیک کوانتومی نشان داد که بخشی از تابش
هاوکینگ می تواند از افق رویداد سیاهچاله خارج شود و اطلاعاتی را با خود به خارج حمل کند. اين مساله بدين معني است که اين
توانايي را پيدا کرده ايم تا درباره اتفاقاتي که درون يک سياهچاله رخ مي دهد اظ

 

هار نظر کنيم و درباره آينده و سرنوشت اجرامي که به
درون آن سقو ط مي کنند حرف بزنيم.
تصويري جديدي كه پروفسور هاوكينگ از سياهچاله‌ها ارائه مي‌دهد ناقض نظريه‌ي قبلي اوست. نظریه قبلی می گفت که سیاهچاله ها
به تدریج بخار می شوند و از بین می روند و با از بین رفتنشان تمام اطلاعاتی که در درون آن هست نیز از بین خواهد رفت و این
اطلاعات به بیرون درز نمی کند. اما در نظريه‌ي جديد گفته می شود که اطلاعات كاملاً از بين نمي‌رود بلكه سياهچاله ذره ذره آن را
تابش مي‌كند تا نهايتاً اطلاعات آن در دسترس قرار گيرد. و سیاهچاله با تابش هاوکینگ انرژی خود را ذره ذره از دست می دهد تا از
بین برود. در نتيجه مي‌توان راجع به گذشته سیاهچاله ها مطمئن بود و آينده آنها را با قطعيت نسبتاً خوبي پيش‌بيني كرد.

یعنی امکان دارد که پروفسور هاوکینگ در ۳۰ سال آینده نظریه جدیدی در باره سیاهچاله ها ارائه دهد و باز هم گفته های خود را
نقض کند؟!!

سیاه چاله ها مناطقی از فضا می باشند و نیروی گرانش شان به قدری زیاد است که هیچ چیز نمی تواند از آن منطقه بگریزد.

س سیاهچاله ها قابل رویت نیستند و در واقع نامرئی اند، زیرا حتی نور نیز در دام آنها گرفتار می شود. تشریح بنیادی سیاهچاله ها بر

ا اساس معادلات موجود درتئوری نسبیت عام آلبرت اینیشتین مطرح شد. این تئوری در سال ۱۹۱۶ منتشر گردید.
خصوصیات سیاه چاله ها
نیر وی گرانش نزدیک یک سیاهچاله بسیار قوی است چرا که همه ذرات سیاهچاله در یک نقطه در مرکزآن متمرکز شده اند. فیزیکدانان

به این نقطه، نقطه تمرکز (singularity) می گویند و بر این باورند که اندازه آن از هسته یک اتم نیز کوچک تر است.

به سطح یک سیاهچاله افق رویداد می گویند. این سطح یک سطح معمولی قابل دیدن یا لمس کردن نیست. در افق رویداد، کشش
نیروی گرانش بینهایت قدرتمند است. یک شی در این منطقه تنها برای یک آن می تواند حضور داشته باشد و سپس در ذرات نور
غرق شده و فرو می رود.
س تاره شناسان برای تعیین اندازه یک سیاهچاله شعاع افق رویداد را اندازه می گی

 

رند. شعاع یک سیاهچاله بر حسب کیلومتر برابر
است با سه برابر جرم خورشیدی اجرام موجود در سیاهچاله. جرم خورشید برابر است با یک جرم خورشیدی.
ه یچ سیاهچاله ای به طور دقیق هنوز کشف نشده. دانشمندان برای اثبات این که یک جرم فشرده یک سیاهچاله است بایستی اثراتی

را اندازه گیری کنند که تنها یک سیاهچاله قادر به اعمال و ایجاد آنها می باشد. انحنای شدید موج نور و کند شدن بیش از حد زمان
می توانند دو نمونه از آثار وجود یک سیاهچاله باشند. اما ستاره شناسان اجرام فشرده ای را پیدا کرده اند که با کمی تردید

 

می توان آنها را سیاهچاله فرض نمود و ادامه این مقاله نیز بر اساس این یافته ها می باشد.

نمایی حقیقی در طیف پرتو ایکس از انتشار جت مواد از دو سوی سیاه چاله

تشکیل سیاه چاله ها

ط بق نظریه نسبیت عام، یک سیاهچاله زمانی ایجاد می شود که یک ستاره سنگین سوخت هسته ای خود را به اتمام می رساند و

پس از آن توسط نیروی گرانش خودش فشرده می گردد. تا هنگامیکه ستاره در حال مصرف سوخت می باشد، انرﮊی ناشی از آن

تعادل ستاره را در برابر نیروی گرانش حفظ می کند. پس از اتمام سوخت ستاره دیگر قادر به تحمل گرانش خود نیست در نتیجه

مرکز ستاره دچار فروریختگی (رمبش) می شود. اگر جرم مرکز ستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، ظرف کمتر از یک ثانیه

مرکز ستاره فرو می ریزد.

نمایی خیالی از بلعیدن شدن ستاره ای توسط سیاه چاله همدمش

سیاهچاله های کهکشانی
اغ لب ستاره شناسان بر این باورند که کهکشان راه شیری— کهکشانی که منظومه شمسی ما در آن قرار گرفته – شامل
میلیونها سیاهچاله است. دانشمندان تعدادی از آنها را در راه شیری پیدا کرده اند. این اجرام در ستاره های دوتایی که اشعه
ایکس گسیل می کنند وجود دارند. یک ستاره دوتایی، یک جفت ستاره اند که دور یکدیگر می چرخند.
در یک ستاره دوتایی که شامل یک سیاهچاله و یک ستاره معمولی است، ستاره در فاصله نزدیکی از سیاهچاله در گردش است. در

ن تیجه، سیاهچاله گازهای ستاره را به شدت به درون خود فرو می برد. سایش و اصط

 

 

کاک اتم های موجود در این گازها در منطقه افق

رویداد دمای گازها را به چندین میلیون درجه می رساند. به دنبال آن، انرﮊی به صورت اشعه ایکس از این گازها متشعشع

می گردد. ستاره شناسان این تشعشعات را با استفاده از تلسکوپ اشعه ایکس تشخیص می دهند.
س تاره شناسان بر اساس دو دلیل می پذیرند که یک ستاره دوتایی شامل سیاهچاله می باشد: ۱- هر دوتایی که یک منبع شدید و
متغیر از اشعه ایکس است. وجود این اشعه ها اثبات کننده وجود یک ستاره فشرده است. این ستاره فشرده ممکن است
یک سیاهچاله و یا جرمی با فشردگی کمتر یعنی ستاره نوترونی باشد. ۲- یک ستاره مرئی با چنان سرعتی در مدار خود در گردش است
که تنها یک جرم با سه برابر جرم خورشید ممکن است عامل این سرعت باشد.

نمایی خیالی از سیاه چاله

سیاهچاله های ابر پر جرم

د د انشمندان بر این باورند که همه کهکشانها دارای یک سیاهچاله ابر پر جرم در مرکز خود می باشند. گمان می رود جرم هریک از

این سیاهچاله ها بین یک میلیون تا یک میلیارد جرم خورشیدی باشد. ستاره شناسان به اینکه این سیاهچاله ها میلیارد سال پیش

در اثر گازهای متمرکز شده در مرکز کهکشانها تولید شده باشند مظنون می باشند.
دل دلایلی قطعی وجود یک سیاهچاله ابر پر جرم در مرکز کهکشان راه شیری را اثبات می کنند . ستاره شناسان بر این باورند که این
سیاهچاله یک منبع عظیم از امواج رادیویی به نام سگیتاریوس آ (Sagittarius A* (SgrA*)) می باشد. مهمترین دلیل برای
اینکه ثابت نماید SgrA یک سیاهچاله ابر پر جرم می باشد، سرعت حرکت ستاره ها به دور آن است. سریعترین ستاره که تا به حال
در کهکشان راه شیری مشاهده شده هر ۲/۱۵ سال یکبار به دور SgrA با سر

 

 

عت ۵۰۰۰ کیلومتر (۳۱۰۰ مایل) در ثانیه گردش
می نماید. حرکت این ستاره، ستاره شناسان را متقاعد می کند که شئ سنگینی چندین میلیون برابر جرم خورشید در مرکز مدار این
ستاره وجود دارد. تنها جرم شناخته شده که می تواند به این سنگینی باشد و در مرکز مدار این ستاره قرار بگیرد یک سیاهچاله است