سیاه چاله ها چگونه به وجود می‌آیند؟

MacTavish · 2/10/19

شاید سیاه چاله ها هیولاهایی مخوف و کمین کرده‌ در فضا باشند که ستارگان در حال گذر از نزدیکی خود را می‌بلعند؛ ولی باز هم جذبه‌ی خاصی دارند و به فریفتن دل دانشمندان و علاقه‌مندان ادامه می‌دهند. اما این اجسام کیهانی مرموز چگونه شکل می‌گیرند؟

برای پاسخ به چگونگی شکل‌گیری سیاه چاله ها ابتدا از یک پرسش بنیادی‌تر آغاز می‌کنیم؛ اینکه اساسا سیاه چاله فضایی چیست؟ آن‌طور که «نتا باکال» اختر فیزیکدان از دانشگاه پرینستون نیوجرسی توضیح می‌دهد:

در واقع سیاه چاله ها اجسام یا نقاطی در فضا با چنان کشش گرانشی قدرتمندی هستند که هیچ چیزی یارای گریز از آن‌ها را ندارد. حتی نور هم در دام سیاه چاله ها می‌افتد و به همین دلیل است که آن‌ها تاریک و سیاهند.

این اجسام عجیب همانند ققنوسی از خاکستر ستارگان مرده متولد می‌شوند. هنگامی که ستارگان عظیم به پایان عمر خود نزدیک شوند، هیدرژونی در آن‌ها برای درآمیختن با هلیوم باقی نمی‌ماند؛ در نتیجه این ستارگان غول‌آسا در هلیوم خود می‌سوزند و اتم‌های باقیمانده در آ‌ن‌ها به عناصر سنگین‌تری تبدیل می‌شوند.

سیاه چاله ها همانند ققنوسی از خاکستر ستارگان مرده، زاده می‌شوند

این روند تا پیدایش آهن ادامه پیدا می‌کند؛ اما در این هنگام، دیگر انرژی تولید شده ناشی از هم‌جوشی هسته‌ای به حدی نخواهد بود که انسجام لایه‌های خارجی ستارگان را حفظ کند. نتیجه آنکه ابتدا این لایه‌های فوقانی به سمت داخل فرو می‌پاشند و سپس انفجاری عظیم و بسیار نورانی پدید می‌آید که از آن با نام ابرنواختر (supernova) یاد می‌شود.

پس از این انفجار اما همچنان بخش کوچکی از ستاره باقی می‌ماند. معادله نسبیت عام انیشتین پیش‌بینی می‌کند که اگر این بقایای ستاره‌ای حدود 3 برابر خورشید جرم داشته باشد، نیروی جاذبه‌ی قدرتمند آن همه چیز را در خود فرو خواهد برد و اجزای سازنده‌ی آن چنان فشرده می‌شوند که یک نقطه‌ی بی‌نهایت کوچک و بی‌نهایت متراکم ایجاد خواهد شد. با این حال به گفته‌ی باکال، قوانین فیزیک برای توضیح کامل و دقیق چنین رویداد شگفت‌انگیزی کفایت نمی‌کند.

یک ستاره‌ی در حال مرگ

سیاه چاله ها تنها زمانی فعال خواهند شد که گاز و گرد و غبار در اطرافشان وجود داشته باشد. در چنین شرایطی، طعمه‌ها به درون حفره کشیده خواهند شد و همزمان با داغ شدن این مواد کیهانی، انفجار نور رخ می‌دهد؛ نور درخشانی که همانند گرداب حالتی چرخشی به خود می‌گیرد. بلعیده شدن این ذرات گرد و غبار و گاز توسط سیاه چاله، موجب رشد آن خواهد شد.

چنانچه دو سیاه چاله با هم مواجه شوند، جاذبه‌ی قدرتمند هر یک از آن‌ها دیگری را به سوی خود می‌کشد و در همین حال که سیاه چاله ها به هم نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند، به دور یکدیگر می‌چرخند. از تجمیع این اجرام، ساختار فضا-زمان مجاور آن‌ها دچار ارتعاش شده و موج‌های گرانشی ساطع می‌شود. در سال 2015 اخترشناسان به وسیله تداخل‌سنج لیزری LIGO، چنین امواجی را شناسایی و کشف کردند.

باکال در توصیف این دستاورد می‌گوید:

این اولین باری بود که ما موفق به مشاهده‌ی سیاه چاله ها و اثبات وجود آن‌ها شدیم. نتایج را باید تاییدی بر معادلات پیشگویانه‌ی انیشتین دانست.

پیش از این، دانشمندان به شواهد غیر مستقیمی مبنی بر وجود سیاه چاله ها دست یافته بودند. به عنوان مثال متوجه گردش ستارگان در مرکز کهکشان راه شیری به دور جسمی غول پیکر و در عین حال نامرئی شده بودند.

اما چگونگی شکل گیری سیاه‌چاله‌های کلان جرم (supermassive) که میلیاردها بار از خورشید سنگین‌تر هستند هنوز جای سوال دارد. به عقیده‌ی محققان، این سیاه‌چاله‌های غول‌آسا در آغاز پیدایش گیتی کوچکتر بوده‌اند؛ اما به مرور با جذب مقادیر بیشتری گاز و گرد و غبار و ادغام در یکدیگر، رشد کردند و چنین هیولاهای عظیمی را پدید آوردند. البته همان‌طور که گفته شد جزئیات وقوع این پروسه هنوز مبهم است.

اخترشناسان همچنین اجسامی موسوم به اختروش یا کوازار را مشاهده کرده‌اند که هزاران بار نورانی‌تر از کهکشان‌ها می‌درخشند و گمان می‌رود که انرژی آن‌ها از فرو ریزش مواد کیهانی به دورن سیاه چاله ها تامین می‌شود. عمر اختروش‌های کشف شده را به یک میلیارد سال پس از بیگ بنگ، یعنی سرآغاز پیدایش کائنات نسبت می‌دهند و این برای دانشمندان جای سوال دارد که چگونه چنین اجسامی به این سرعت شکل گرفته‌اند.

به گفته‌ی باکال، این موضوع بر پیچیدگی‌ها و پرسش‌های موجود افزوده و بسـ*ـتر تازه‌ای را برای انجام تحقیقات پدید آورده است.