با وجود کاوش بسیار، سیاهچاله‌ها همچنان ترسناک‌ترین و یکی از اسرارآمیزترین نقاط کیهان هستند. این گفته‌ی «کریس ایمپی» (Chris Impey) استاد نجوم دانشگاه آریزونا است که در این نوشتار به چرایی ترسناک بودن این اجرام عظیم و خطرات سفر به آن‌ها می‌پردازد.
سیاهچاله‌ها مناطقی در فضا هستند که گرانش در آن‌ها به اندازه‌ای قوی است که هیچ چیز نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند. اهمیت این پدیده‌ی عظیم کیهانی تا آنجاست که سال گذشته نوبل فیزیک را به خود اختصاص داد.
نیمی از جایزه‌ی نوبل فیزیک ۲۰۲۰ به «راجر پنروز» (Roger Penrose) برای کار ریاضی او تعلق گرفت که نشان می‌دهد سیاهچاله‌ها نتیجه‌ی اجتناب‌ناپذیر نظریه‌ی گرانش اینشتین هستند. «آندریا گز» (Andrea Ghez) و «راینهارد گنزل» (Reinhard Genzel) هم به‌طور مشترک نیم دیگر این جایزه را برای ارائه‌ی شواهدی قوی از وجود یک سیاهچاله در مرکز کهکشان ما برنده شدند.
سیاهچاله‌های ترسناک
سیاهچاله‌ها به سه دلیل ترسناک هستند. اگر در سیاهچاله‌ای که پس از مرگ یک ستاره باقی مانده است بیفتید، تکه‌تکه خواهید شد. همچنین سیاهچاله‌های عظیمی که در مرکز همه‌ی کهکشان‌ها دیده می‌شوند، اشتهای سیری‌ناپذیری دارند و همه چیز را می‌بلعند و از سوی دیگر سیاهچاله‌ها مکان‌هایی هستند که قوانین فیزیک در آن‌ها کم‌رنگ می‌شوند.
این گفته‌ی ایمپی است که برای بیش از ۳۰ سال سیاهچاله‌ها را مطالعه می‌کند و به‌طور خاص بر روی سیاهچاله‌های کلان‌جرم که در مرکز کهکشان‌ها جای گرفته‌اند، تمرکز دارد. بیشتر اوقات آن‌ها غیرفعال هستند اما زمانی که فعال هستند و ستاره‌ها و گازها را می‌بلعند، منطقه‌ی نزدیک به سیاهچاله‌ها می‌تواند درخشان‌تر از کل بقیه‌ی کهکشان باشد.
کهکشان‌هایی که سیاهچاله‌های فعال در آن‌ها وجود دارند، اختروش (کوازار) نامیده می‌شوند. با همه‌ی چیزهایی که در چند دهه‌ی گذشته درباره‌ی سیاهچاله‌ها آموخته‌ایم هنوز رازهای زیادی درباره‌ی آن‌ها وجود دارد.
قرص مواد در حال چرخش اطراف یک سیاهچاله‌ی ابرپرجرم
مرگ بر اثر سیاهچاله
انتظار می‌رود که سیاهچاله‌ها با مرگ یک ستاره‌ی عظیم تشکیل شوند. پس از پایان سوخت اتمی ستاره، هسته‌ی آن به چگال‌ترین حالت ماده‌ای که می‌تواند تصور کرد، یعنی صد برابر چگال‌تر از هسته‌ی اتم، می‌رمبد یا به بیان دیگر در خود فرو می‌ریزد. چگالی این جرم به حدی است که پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌ها دیگر ذرات جداگانه‌ای نیستند.
به این دلیل که سیاهچاله‌ها حتی نور را جذب می‌کنند و تاریک هستند، هنگامی که به دور یک ستاره‌ی معمولی می‌گردند، نمایان می‌شوند. ویژگی‌های ستاره‌ی معمولی به اخترشناسان امکان می‌دهد تا ویژگی‌های همدم تاریک آن، یعنی سیاهچاله را هم تعیین کنند.
نخستین سیاهچاله‌ای که تأیید شد، «ماکیان ایکس-۱» (Cygnus X-1) بود که به‌عنوان درخشان‌ترین منبع پرتو ایکس در صورت فلکی قو یا دجاجه (ماکیان) قرار گرفته است. از آن زمان، حدود ۵۰ سیاهچاله در منظومه‌های ستاره‌ای که یک ستاره‌ی معمولی به‌دور یک سیاهچاله می‌چرخد کشف شده است. این نمونه‌ها نزدیک‌ترین‌ها از حدود ۱۰ میلیون سیاهچاله هستند که انتظار می‌رود در کهکشان راه شیری پراکنده باشند.
سیاهچاله‌ها در حقیقت آرامگاه ماده هستند. هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند. طبق ایده‌ای که «استیون هاوکینگ» (Stephen Hawking) در کتاب «تاریخچه‌ی مختصر زمان» (A Brief History of Time) مطرح کرده است، سرنوشت هر کسی که در سیاهچاله بیفتد یک «رشته‌ای شدن» (Spaghettification) دردناک خواهد بود.
در فرآیند رشته‌ای یا اسپاگتی شدن، گرانش شدید سیاهچاله شخص را از هم جدا می‌کند و استخوان‌ها، ماهیچه‌ها، رگ‌ها و حتی مولکول‌های فرد از هم باز می‌شوند. همان‌طور که دانته در «کمدی الهی» این واژه‌ها را برای دروازه‌ی جهنم بیان کرده است: «امید را رها کنید، همه‌ی کسانی که وارد اینجا می‌شوید.»
جانوری گرسنه در هر کهکشان
در طول ۳۰ سال گذشته، مشاهدات با تلسکوپ فضایی هابل نشان داده است که همه‌ی کهکشان‌ها دارای سیاهچاله در مرکز خود هستند. کهکشان‌های بزرگ‌تر سیاهچاله‌های بزرگ‌تری هم دارند.
طبیعت می‌داند که چگونه سیاهچاله را در گستره‌ای حیرت‌انگیز از جرم‌ها بسازد؛ از اجساد ستاره‌هایی با جرم چندین برابر خورشید تا هیولاهایی با جرم ده‌ها میلیارد برابر آن که تفاوتشان مانند یک سیب در برابر هرم بزرگ جیزه است.
در سال‌های گذشته بود که ستاره‌شناسان نخستین تصویر از یک سیاهچاله و افق رویداد آن منتشر کردند که در ماه‌های گذشته با جزئیات بیشتری هم به نمایش درآمد. غولی عظیم با جرم ۷ میلیارد برابر خورشید که در مرکز کهکشان بیضوی M87 جای گرفته است.
نخستین تصویر از یک سیاهچاله در قلب کهکشان M87 که توسط گاز درخشان اطراف آن نمایان شده است.
تصویری واضح‌تر از سیاهچاله‌ی مرکز کهکشان M87 منتشر شد
این سیاهچاله بیش از هزار برابر بزرگ‌تر از سیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان ماست که کاشفان آن سال گذشته نوبل فیزیک را از آن خود کردند. این سیاهچاله‌ها در بیشتر مواقع تاریک هستند اما وقتی گرانش آن‌ها سیتاره‌ها و گازهای اطراف را به سوی خود می‌کشد، فعالیت‌های شدیدی خواهند داشت و میزان زیادی تشعشع را ساطع می‌کند.
سیاهچاله‌های عظیم هم از دو جهت برای نزدیک شدن خطرناک هستند. اگر خیلی به آن‌ها نزدیک شوید شما را به سوی خود می‌مکند و اگر آن‌ها در فاز اختروش خود فعال باشند، توسط تشعشعات پرانرژی منفجر خواهید شد.
یک کوازار (Quasar) چقدر روشن است؟ تصور کنید که در شب بر فراز شهر بزرگی مانند لس آنجلس معلق هستید. تقریبا ۱۰۰ میلیون نور از خودروها، خانه‌ها و خیابان‌های شهر با ستاره‌های یک کهکشان مطابقت دارد. در این مقایسه، یک سیاهچاله در حالت فعال خود، مانند منبع نوری به قطر ۱ اینچ در مرکز شهر لس آنجلس است که صدها یا هزاران برابر شهر نور می‌تاباند. باید گفت که کوازارها درخشان‌ترین اجرام کیهان هستند.
عجیب بودن سیاهچاله‌های کلان‌جرم
بزرگ‌ترین سیاهچاله‌هایی که تاکنون کشف شده‌اند، ۴۰ میلیارد برابر خورشید یا ۲۰ برابر کل منظومه‌ی شمسی جرم دارند. این اجرام بسیار سنگین، هر سه ماه یک بار به دور خود می‌چرخند و بدین ترتیب لبه‌ی بیرونی آن‌ها با نصف سرعت نور حرکت می‌کند.
مانند همه‌ی سیاهچاله‌ها، سیاهچاله‌های بسیار بزرگ هم توسط یک افق رویداد از دید پنهان هستند. در مراکز آن‌ها یک تکینگی وجود دارد، نقطه‌ای در فضا که چگالی آن بینهایت است. ما نمی‌توانیم درون سیاهچاله را درک کنیم زیرا قوانین فیزیک در آن شکسته می‌شوند. زمان در افق رویداد می‌ایستد و گرانش در تکینگی به بینهایت می‌رسد.
سیاهچاله‌های ممنوعه چگونه شکل می‌گیرند؟
خبر خوب درباره‌ی سیاهچاله‌های کلان‌جرم این است که شما می‌توانید از سقوط در یک سیاهچاله زنده بمانید. اگرچه گرانش آن‌ها قوی‌تر است اما نیروی کششی آن‌ها ضعیف‌تر از یک سیاهچاله‌ی کوچک است و شما را نمی‌کشد. از سویی خبر بد این است که افق رویداد به منزله‌ی لبه‌ی پرتگاه است. هیچ چیزی نمی‌تواند از درون افق رویداد فرار کند، بنابراین نمی‌توانید از آن بیرون بروید یا تجربه‌ی خود را گزارش دهید.
به گفته‌ی استیون هاوکینگ، سیاهچاله‌ها به‌آرامی در حال تبخیر شدن هستند. در آینده‌ی دور کیهان، مدت‌ها پس از اینکه همه‌ی ستارگان مردند و کهکشان‌ها به دلیل انبساط پرشتاب کیهانی از دید خارج شدند، سیاهچاله‌ها آخرین اجرام باقی‌مانده خواهند بود.
تبخیر پرجرم‌ترین سیاهچاله‌ها به شمار سال‌های غیرقابل تصوری طول خواهد کشید. تخمین زده می‌شود که ۱۰ به توان ۱۰۰ سال (یا ۱۰ همراه با ۱۰۰ صفر پس از آن) طول می‌کشد تا این سیاهچاله‌ها تبخیر شوند. ترسناک‌ترین اجرام جهان تقریبا ابدی هستند.
منبع: The Conversation
