دقیقا چقدر می توان به سیاهچاله نزدیک شد؟ - شیوا مارکت

مرگ این ذرات در چنان فاصله دوری اتفاق می افتد که به صورت مستقیم امکان مشاهده شان وجود ندارد، اما اخترشناسان حالا تکنیکی تازه برای رصد فریادهای گریان ذرات، هنگامی که به درون سیاهچاله کشیده می شوند یافته اند. دانشمندان از این متد برای آزمایش دانش مان راجع به گرانش در غیر عادی ترین نقاط دنیا استفاده می نمایند.

در یک تحقیق تازه، فیزیک دانان به ویژگی های خاص نور نگاهی انداخته و به دنبال پاسخ به این پرسش بوده اند که بدون احتیاج به تلاشی سخت برای جلوگیری از وقوع یک فاجعه، بشر دقیقا چقدر می تواند به سیاهچاله ها نزدیک گردد. این داشمندان دریافتند که متد تازه، با تلسکوپ های اشعه ایکس دقت و کارایی بیشتری خواهد داشت.

بر فراز آبشار

مفهومی به نام افق رویداد وجود دارد که براساس آن، پیرامون یک سیاهچاله خطی نامریی کشیده شده که با عبور از آن، دیگر هیچوقت قادر به بازگشت نیستید. به محض اینکه هرچیزی از افق رویداد عبور کند -حتی نور- دیگر قادر به بازگشت به دنیا نیست. گرانش سیاهچاله در این شعاع، بیش از حد قدرتمند است.

بیرون سیاهچاله اما همه چیز نرمال است. یک سیاهچاله، جرمی معین دارد که می تواند بین جرمی چندین برابر خورشید (در سیاهچاله های کوچک تر) یا میلیون ها برابر سنگین تر از آن (در سیاهچاله های غول آسا که بر کیهان حکمرانی می نمایند) متفاوت باشد. و گشت زدن در مدار سیاهچاله درست مانند هر چیز دیگری است که چنین جرمی دارد. گرانش همیشه گرانش است و مدارها همیشه مدار.

در واقع اجرام بسیار زیادی می توان در کیهان یافت که به دور سیاهچاله ها می گردند. اما به محض اینکه این ماجراجویان سرخوش خودشان در آغوش گرانشی سیاهچاله ها می یابند، سفر تازه ای به سمت نابودی شروع می گردد.

درحالی که مواد به درون سیاهچاله سقوط می نمایند، معمولا به درون باندی بسیار باریک به نام قرص برافزایشی کشیده می شوند. این قرص می چرخد و می چرخد و حرارت، اصطکاک و نیروهای الکتریکی و مغناطیسی به آن انرژی می رسانند. همین باعث می گردد ماده بخت برگشته، شدیدا بدرخشد.

وقتی نوبت به سیاهچاله های بزرگ الجثه می رسد، قرص برافزایشی پیرامون آن ها آنقدر درخشان است که اخترشناسان نامی دیگر برایشان انتخاب نموده اند: هسته کهکشانی فعال. این هسته آنقدر درخشان است که نوری بیشتر از میلیون ها کهکشان فراوری می نماید.

در قرص برافزایشی، خرده های مواد با یکدیگر سایش می نمایند که انرژی گردشی را از آن ها می گیرد و آن ها را بیشتر به سمت سیاهی مطلق افق رویداد سوق می دهد. اگر به خاطر این نیروهای اصطکاکی نبود، آن مواد می توانستند تا ابدیت به دور سیاهچاله بگردند، درست همانطور که سیاره ها برای میلیون ها سال در مدار خورشید باقی می مانند.

تقاضای یاری

همین طور که به مرکز سیاهچاله نزدیک تر می شوید، به نقطه ای معین خواهید رسید که امید به ثبات جای خودش را به گرانش مطلق می دهد. درست بیرون از سیاهچاله اما قبل از اینکه به افق رویداد برسید، نیروهای گرانشی آنقدر قدرتمند هستند که شکل گیری مدارهای باثبات غیر ممکن می گردد.

وقتی به این نقطه برسید، نمی توانید در مداری ساکن باقی بمانید. به این ترتیب دو انتخاب پیش رویتان است: اگر موشک یا منبعی دیگر از انرژی داشته باشید، می توانید بر گرانش مقابله نموده و خودتان را به جایی امن برسانید. اما اگر یک ماده گازی یا چیزی شبیه به آن باشید، محکوم به کشیده شدن درون کابوس سیاهی هستید که آن پایین انتظارتان را می کشد.

این کرانه که درونی ترین مدار گردشی باثبات (یا به اختصار ISCO) نامیده شده، یکی از پیش بینی های به ظاهر درست اینشتین در نظریه نسبیت است، همان نظریه ای که اصلا وجود سیاهچاله ها را پیش بینی نموده بود.

علی رغم موفقیت نظریه نسبیت عام در پیش بینی و شرح پدیده های مختلف در سراسر کیهان و علی رغم دانش قطعی ما نسبت به وجود سیاهچاله ها، بشر هیچگاه نتوانسته وجود درونی ترین مدار گردشی باثبات را اثبات کند یا اصلا پیش بینی های نسبیت عام را زیر سوال ببرد.

اما مشاهده گازی که به درون سیاهی سقوط می نماید، احتمالا راهی برای اثبات وجود این مدار باشد.

نورهای رقصان

تیمی از اخترشناسان اخیرا مقاله ای در ژورنال Monthly Notice منتشر نموده و شرح دادند که چطور می توان از نورهای در حال مرگ برای مطالعه روی درونی ترین مدار گردشی باثبات استفاده کرد. تکنیک آن ها متکی بر ترفندی اخترشناسانه است که به آن نقشه برداری پژواک گفته می گردد و با استفاده از این حقیقت صورت می گیرد که مناطق مختلف درون سیاهچاله، به طرق گوناگون روشن می شوند.

وقتی گاز از قرص برافزایشی و ISCO -یعنی درون ترین بخش درون قرص برافزایشی- عبور نموده و به درون سیاهچاله می رود، آنقدر داغ می گردد که یک پرتوی اشعه ایکس بسیار پرانرژی و وسیع از خود ساطع می نماید. این نور اشعه ایکس به تمام جهات پیرامون سیاهچاله می درخشد. امکان مشاهده همین نور از زمین هم وجود دارد اما مشکل اینجاست که جزییات ساختار قرص برافزایشی میان انفجار باشکوه اشعه ایکس از چشم دور می ماند.

همان نور اشعه ایکس، مناطق بیرون قرص برافزایشی را هم روشن می نماید. مناطقی که در تصرف توده های گازی سرد هستند. گاز سرد با اشعه های ایکس انرژی به دست می آورد و نور مخصوص به خودش را ساطع می نماید و این فرآیندی است که به آن فلورسانس می گوییم. انسان قادر به رصد این نورها هم هست و خوشبختانه آن ها را می توانیم به صورت جداگانه از اشعه های ایکسی که از مناطق نزدیک به سیاهچاله ساطع می شوند مشاهده کنیم.

زمان می برد تا نور از ISCO و دیگر نقاط بیرونی قرص برافزایشی به گاز سرد برسد. اگر به دقت مشغول رصد باشیم، در ابتدا قادر به مشاهده نور مناطق مرکزی (یعنی ISCO و درونی ترین نقاط قرص برافزایشی) خواهیم بود و بعد به فاصله ای کوتاه، نوبت به پژواک روشنایی لایه های بیرونی ISCO و پیرامون قرص برافزایشی می رسد.

زمان بندی و جزییات نور پژواک شده، بستگی به ساختار قرص برافزایشی دارد که اخترشناسان از آن برای تخمین جرم سیاهچاله ها استفاده می نمایند. در این تحقیق تازه، محققان از شبیه سازهای پیچیده کامپیوتری استفاده نموده اند تا ببینند که حرکت گاز در ISCO -چگونگی مرگ گاز در حالی که به سمت افق رویداد کشیده می گردد- چه تاثیری بر ساطع شدن اشعه های ایکس نزدیک سیاهچاله و همینطور اشعه های گاز بیرونی می گذارد.

این محققان متوجه شدند که گرچه ما هنوز به دقت لازم برای اندازه گیری حرکات گازهای محکوم به نابودی دسترسی نداریم، نسل بعدی تلسکوپ های اشعه ایکس می توانند مشکل مان را حل نموده، اجازه دهند وجود ISCO را تایید کنیم و بالاخره ببینیم همه چیز با آنچه نظریه نسبیت عام مطرح نموده سازگار است یا خیر.

منبع : دیجیاتو

مجله واحدی: مجله واحدی: مجله گردشگری و مسافرتی