در درون سیاهچاله ها چه خواهید دید؟

سیاهچاله ناحیه ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است، اما اگر با یک فضاپیما به داخل سیاهچاله سفر کنید، چه خواهید دید؟ محققی بنام مارکوس وو به دنبال پاسخ این سوال رفته است.

چیزی در مورد «سیاهچاله ها» وجود دارد که توجه شما را به خود جلب می کند، درست است! گرانش سیاهچاله آن قدر زیاد است که حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار کند. اما چیز دیگری هم در مورد آن وجود دارد؛ چیزی که به کمی تامل نیاز دارد. شاید آن مورد همان تاریکی سیاهچاله ها باشد. تاریکیِ مطلق و البته مرموزی که تمرکز شما را به درون خود جذب می کند و حتی شما را کنجکاو می کند تا کمی نزدیک تر بیایید.

سفر به اعماق سیاهچاله ها سفری یک طرفه است، پس نیازی نیست نگران بلیت برگشت باشید! همین که از «افق رویداد» یعنی همان جایی که نور اجازه گریز ندارد عبور کنید، دیگر راه برگشتی ندارید. به احتمال فراوان، شما مرگی دردناک را تجربه خواهید کرد. اگر تا این جای کار نترسیده اید، بهتر است با هم به سراغ ماجراجویی یک سیاهچاله برویم.

زمانی که سوخت یک ستاره بزرگ تهی می شود، آن ستاره در خود رمبش می کند و به یک سیاهچاله تبدیل می شود. تنها ستاره هایی می توانند به سیاهچاله تبدیل شوند که جرمی حداقل ۲۵ برابر خورشید داشته باشند. به عبارتی دیگر، از هر هزار ستاره در کهکشان تنها یک ستاره قابلیت تبدیل شدن به سیاهچاله را دارد. کهکشان راه شیری حداقل ۱۰۰ میلیارد ستاره دارد که با یک حساب سرانگشتی متوجه می شویم که ۱۰۰ میلیون سیاهچاله بالقوه در راه شیری وجود دارد.

اما نباید فراموش کنید که فضا خیلی بزرگ است. حتی اگر شما با سرعت نور هم حرکت کنید، چندین هزار سال طول می کشد تا به نزدیک ترین سیاهچاله برسید. حتی اگر فرض کنیم که شما متخصص سفرهای بین ستاره ای هستید و از طریق «کرمچاله» یا «حرکت مافوق نور» به یکی از همین سیاهچاله ها برسید. چه چیزی خواهید دید؟

گشتی در سیاهچاله

کار خاصی نیست. یک سیاهچاله ی تنها کاملا سیاه است! اگر در آن بچرخید، متوجه خواهید شد که کروی است و اصلا شبیه سیاهچاله های مسطح کارتون «رودرانر یا میگ میگ» نیست. اگر هم بچرخد (که احتمالا هم می چرخد، چون هر چیزی در جهان با درجه ای خاص می چرخد)، نتیجه می گیریم که میانه این کره کمی کشیده تر است و با یک کره کامل متفاوت است.

برای اینکه بحث خیلی هم خشک و علمی نشود، به مرکز کهکشان راه شیریِ خودمان می رویم. جایی که یک «سیاهچاله کلان جرم» با اندازه تقریبی چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد. گرانش سیاهچاله میزان زیادی گاز و غبار فضایی را به خود جذب کرده است که به صورت یک دیسک حرکتی مارپیچی دارد. همزمان با تحلیل رفتن مواد، دمای حاصل از گرمای اصطکاک تا میلیاردها درجه بالا رفته و تابش زیادی در پی آن تولید می شود. علاوه بر آن، ذرات باردار و انرژی نیز از آن به بیرون جاری می شود.

این دیسک نمایی زیبا خواهد داشت که البته نمی توان آن را مستقیم از درون سیاهچاله مشاهده کرد، زیرا گازها و غبار فضایی آن را پوشانده است. اما می توانید ببینید که چگونه گرانش سیاه چاله نور اطراف را خم می کند. در واقع سیاهچاله با این کار اثر بصری خود را بر روی مواد اطراف می گذارد و «سایه سیاهچاله ای» را به وجود می آورد. گرانش نیز آن سایه را منحرف می کند و کاری می کند که پنج برابر سیاهچاله اصلی به نظر برسد.

در حالت عادی نور در خط های مستقیم حرکت می کند، به شکلی که فوتون ها به سمت جلو پیش می روند. اما در نزدیکی سیاه چاله، گرانش قوی فوتون ها را به سمت خود می کشد. فوتون ها نیز بالاجبار به دور آن می چرخند. برخی از آن فوتون ها می توانند فرار کنند و به چشمان ما (تلسکوپ ها) برسند. چیزی که ما می بینیم، حلقه ای روشن است که هم مرز با سایه است. بخش میانی دیسک متشکل از مواد نیز با سرعتی نزدیک به سرعت نور به دور سیاه چاله می چرخد. بنا به نظریه نسبیت اینشتین، اگر یک دیدنی های امروز دیدنی های روزانه – نوری به سمت شما حرکت کند، روشن تر به نظر می رسد. بنابراین ممکن است قسمت هایی از آن دیسک برای شما روشن تر به نظر برسد.

زیبایی بی حد و حصر

از آنجایی که نمی توان مستقیم سیاهچاله را دید، پس حتما سایه ی آن را همراه با هلال و حلقه ی روشن دور آن خواهید دید. برخی از دانشمندان می گویند که ممکن است به دلیل خروج گازها، غبار فضایی و ذرات باردار از زیبایی این تصویر کمی کاسته شود. اما برخی دیگر می گویند که تاثیری ندارد. ستاره شناسان به ترکیب کردن ۱۱ تلسکوپ قدرتمند که در حال حاضر روی زمین وجود دارد، قصد دارند تا برای اولین بار یک تلسکوپ غول پیکر بسازند تا برای اولین بار موفق به دیدن سیاهچاله شوند.

این تلسکوپ عظیم که تجهیزات مرتبط با آن از قطب جنوب تا شیلی پخش شده «تلسکوپ افق رویداد» نام دارد و داده های حجیم آن توسط ابررایانه ها پردازش خواهد شد. “شِپ دوِلمان” ستاره شناس دانشگاه MIT می گوید: «آن تلسکوپ به ما امکان بزرگنمایی را می دهد که تاکنون در طول تاریخ بی سابقه بوده است. پیدا کردن پاسخ سایه سیاهچاله از زمین مثل این است که یک پرتقال را روی ماه شناسایی کنید.»

مراقب باشید تجزیه نشوید!

تا بهار امسال هفت تلسکوپ آماده شده است. ” شِپ” امیدوار است که تا سال ۲۰۱۷ همه آن تلسکوپ ها آماده شوند تا مردم بتوانند بطور مستقیم سیاهچاله ها را مشاهده کنند. در واقع، مشاهده آن واقع سر و صدا خواهد کرد، زیرا هیچ مدرکی تاکنون مستقیما وجود سیاهچاله ها را اثبات نکرده است. تمام مدارک و شواهدی که تاکنون یافت شده غیرمستقیم بوده است، برای نمونه تاثیر گرانشی سیاهچاله بر ستاره های اطراف نشان داده شده است. از این طریق فیزیکدانان می توانند رخدادهای سیاهچاله ها را بررسی و نظریه گرانشی اینشتین را مورد سنجش واقعی قرار دهند.

با این حال، دیدن یک منظره شاید کافی به نظر نرسد و شما هنوز هم بخواهید درون آن بروید، اما متاسفانه فیزیکدانان دقیقا نمی دانند چه اتفاقی رخ خواهد داد. فرضیه متداول این است که «اسپاگتی سازی» یا «اثر نودلی» اتفاق می افتد. اما معنای آن چیست؟ اگر شما با اول با پا وارد سیاهچاله شوید، سنگینی آن بیشتر از سر شما خواهد بود. به عبارت بهتر، میزان گرانش در پا بیشتر از سر خواهد بود. این اختلاف پیوسته بزرگ و بزرگ تر خواهد شد تا شما تجزیه شوید! این کِشندگی گرانشی به سرعت تمام سلول ها، مولکول ها و اتم های بدن شما را متلاشی خواهد کرد.

[highlight color=”yellow”]آیا افق رویداد می تواند یک دیواره آتشین غول پیکر باشد؟[/highlight]

 

علم ریاضی اینجا به کمک ما می آید. اگر سیاه چاله نسبتا کوچک باشد، اسپاگتی سازی خیلی قبل تر از عبور از افق رویداد رخ خواهد داد. یادتان نرود که افق رویداد همان جایی بود که نور دیگر امکان فرار نداشت. اما اگر سیاهچاله خیلی بزرگ باشد، به این معنا که چندین میلیارد برابر خورشید باشد، شما می توانید به سلامت از افق رویداد عبور کنید و اسپاگتی سازی با تاخیر انجام خواهد شد.

اما در سال ۲۰۱۲، زمانی که جان پولشینسکی و فیزیکدانان دیگر بر روی این مسئله کار می کردند که آیا اطلاعات درون سیاهچاله برای همیشه از بین خواهد رفت یا خیر، متوجه شدند که سرنوشتی دیگر نیز محتمل است. آنها گفتند که براساس مکانیک کوانتوم، افق رویداد به یک دیواره آتشین تبدیل خواهد شد و زمانی که شما از آن عبور می کنید به خاکستر تبدیل خواهید شد. بنابراین اصلا فرصت اسپاگتی سازی برای شما به وجود نخواهد آمد.

اما برخی از فیزیکدانان دیگر با این نظر موافق نبودند. بنا به اصل اول نظریه نسبیت اینشتین، شخصی که به درون افق رویداد می افتد نباید چیزی متفاوت از «شناور بودن در فضا» را احساس کند. ولی دیواره آتشین «اصل هم ارزی» را نقض می کند. به همین دلیل، فیزیکدانان هنوز اتفاق نظر بر سر این مسئله نداشته و نظرات را یکی یکی بررسی می کنند.

منبع: BBC ، برگردان: فرادید