به گزارش خبرگزاری ایمنا، سیاهچالهها سالها در ذهن عموم مردم به عنوان پدیدههایی اسرارآمیز و حتی ترسناک شناخته میشدند؛ اجرامی که نور را در خود میبلعند و مرزهای شناختهشده فیزیک را به چالش میکشند با این حال پیشرفت فناوریهای رصدی و ثبت نخستین تصاویر از محیط اطراف سیاهچالهها، این اجرام را از دنیای فرضیهها و شبیهسازیها به عرصه مشاهدات علمی وارد کرده است.
امروزه اخترشناسان با بررسی حرکت ستارگان، تابش پرتوهای پرانرژی و امواج گرانشی نه تنها وجود سیاهچالهها را تأیید کردهاند، بلکه در تلاش هستند تا به پرسشهای بنیادینی درباره ماهیت فضا، زمان و سرنوشت ماده در شدیدترین میدانهای گرانشی جهان پاسخ دهند.
با وجود این دستاوردها، آنچه در پس افق رویداد رخ میدهد و سرنوشت نهایی ماده و اطلاعات در دل سیاهچالهها همچنان از بزرگترین رازهای حلنشده علم به شمار میرود، شاید هیچ پدیدهای در جهان به اندازه سیاهچالهها نتوانسته باشد مرز میان علم و شگفتی را درنوردد، اجرامی که زمانی تنها در قالب معادلات ریاضی و نظریههای فیزیکی شناخته میشدند و امروز با کمک پیشرفتهترین ابزارهای رصدی بشر به واقعیتی انکارناپذیر تبدیل شدهاند.
از ثبت نخستین تصویر سیاهچاله در کهکشان M۸۷ تا انتشار تصویر سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری، دانشمندان هر روز گامی تازه به سوی شناخت این ساختارهای اسرارآمیز برمیدارند؛ ساختارهایی که در آنها گرانش چنان قدرتمند است که حتی نور نیز راهی برای فرار پیدا نمیکند و مفاهیمی همچون فضا، زمان و ماده با چالشهای تازهای روبهرو میشود.
از پیشبینی ایشتین تا ثبت نخستین تصویر سیاهچاله
ایلیا گلابی، سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان در گفتوگو با خبرنگار ایمنا درباره ماهیت سیاهچالهها اظهار کرد: سیاهچالهها یکی از مهمترین پیشبینیهای نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین هستند که سال ۱۹۱۵ مطرح شد.
وی افزود: براساس این نظریه، هنگامی که یک ستاره پرجرم در پایان عمر خود دچار فروپاشی گرانشی میشود، چگالی آن به اندازهای افزایش پیدا میکند که فضا-زمان پیرامونش به شدت خم میشود و ناحیهای شکل میگیرد که حتی نور نیز قادر به فرار از آن نیست.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان عنوان کرد: برای دهههای طولانی، سیاهچالهها تنها از طریق مدلهای نظری، تصاویر شبیهسازیشده و بازسازیهای رایانهای در کتابها، مقالات و منابع علمی شناخته میشدند، اما پیشرفت فناوریهای رصدی موجب شد دانشمندان بتوانند شواهد مستقیمی از این اجرام شگفتانگیز به دست بیاورند.
گلابی خاطرنشان کرد: سال ۲۰۱۹ پروژه بینالمللی «تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope )» موفق شد نخستین تصویر واقعی از سایه یک سیاهچاله فوقپرجرم در مرکز کهکشان M۸۷ را ثبت کند؛ تصویری که نقطه عطفی در تاریخ اخترشناسی به شمار میرود و تأییدی مهم بر پیشبینیهای نسبیت عام است.
وی تصریح کرد: سه سال بعد و در سال ۲۰۲۲، دومین تصویر تاریخی از سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری منتشر شد، این سیاهچاله که در قلب کهکشان ما و در راستای صورت فلکی قوس قرار دارد، با نام Sagittarius A شناخته میشود و انتشار تصویر آن یکی از مهمترین دستاوردهای اخترفیزیک در دهه اخیر محسوب میشود.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان درباره شواهد علمی وجود سیاهچالهها اظهار کرد: اگرچه سیاهچالهها به طورمستقیم قابل مشاهده نیستند، اما وجود آنها از طریق چندین شاهد علمی اثبات شده است؛ یکی از مهمترین این شواهد بررسی حرکت ستارگان در اطراف یک جرم نامرئی است.
وی اضافه کرد: در مرکز کهکشان راه شیری، ستارگانی با سرعتهای بسیار زیاد پیرامون جرمی میچرخند که حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید است و تنها توضیح علمی برای چنین جرمی، وجود یک سیاهچاله فوقپرجرم است.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان خاطرنشان کرد: شاهد مهم دیگر، تابش پرتوهای ایکس است، هنگامی که گازها و غبارهای میانستارهای به سوی سیاهچاله کشیده میشوند، پیش از عبور از افق رویداد به شدت گرم میشوند و پرتوهای پرانرژی ایکس تولید میکنند، این تابشها توسط رصدخانههایی همچون چاندرا و بعضی مشاهدات جدید ثبت و مطالعه شدهاند.
شواهد علمی وجود سیاهچالهها چیست؟
گلابی اظهار کرد: یکی دیگر از مهمترین تأییدهای علمی وجود سیاهچالهها، کشف امواج گرانشی است؛ سال ۲۰۱۵ رصدخانه LIGO برای نخستینبار ارتعاشات فضا-زمان ناشی از برخورد و ادغام دو سیاهچاله را ثبت کرد، کشفی که نه تنها وجود سیاهچالهها را تأیید کرد، بلکه یکی از بزرگترین موفقیتهای علمی قرن حاضر به شمار میرود.
وی درباره ساختار سیاهچالهها گفت: در مرکز سیاهچاله ناحیهای به نام تکینگی یا Singularity قرار دارد، نقطهای که در آن چگالی و خمیدگی فضا-زمان به مقادیر بسیار بزرگ میرسد و قوانین شناختهشده فیزیک کلاسیک دیگر قادر به توصیف آن نیست.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان خاطرنشان کرد: پیرامون سیاهچاله مرزی وجود دارد که به آن افق رویداد یا Event Horizon گفته میشود، این مرز با شعاع شوارتزشیلد نیز شناخته میشود که نام آن از کارل شوارتزشیلد، اخترشناس آلمانی گرفته شده است؛ افق رویداد نقطهای است که پس از عبور از آن، هیچ چیز حتی نور نیز توان بازگشت ندارد.
گلابی اضافه کرد: برای درک بهتر افق رویداد میتوان رودخانهای بسیار خروشان را تصور کرد، در نقطهای از مسیر سرعت جریان آب از حداکثر سرعت قایق بیشتر میشود و از آن نقطه به بعد بازگشت غیرممکن خواهد بود، افق رویداد نیز در میدان گرانشی سیاهچاله چنین وضعیتی دارد.
وی خاطرنشان کرد: یکی از مهمترین مباحث نظری درباره سیاهچالهها، پارادوکس اطلاعات است؛ دانشمندان تلاش میکنند پاسخ دهند مادهای که وارد سیاهچاله میشود چه سرنوشتی پیدا میکند؛ آیا برای همیشه از بین میرود یا به شکلی در جهان حفظ میشود؟.
کارشناس رصدخانه فیزیک دانشگاه اصفهان تصریح کرد: در همین راستا، استیون هاوکینگ نظریهای را مطرح کرد که امروزه با عنوان تابش هاوکینگ شناخته میشود، بر اساس این نظریه، سیاهچالهها به طور کامل سیاه نیستند و بر اثر فرآیندهای کوانتومی میتوانند انرژی از دست بدهند و در بازههای زمانی بسیار طولانی تبخیر شوند.
سیاهچالهها تهدیدی برای زمین هستند؟
گلابی ادامه داد: برخی فیزیکدانان معتقدند این تابش ممکن است ارتباطی با حفظ اطلاعات داشته باشد، اما نحوه دقیق این فرایند همچنان یکی از بزرگترین معماهای فیزیک نظری محسوب میشود.
وی درباره خطر سیاهچالهها برای زمین اظهار کرد: برخلاف تصور عمومی، سیاهچالهها تهدیدی برای زمین نیستند و تنها زمانی خطرناک خواهند بود که اجرامی در فاصله بسیار نزدیک آنها قرار بگیرند. اثرات گرانشی شدید سیاهچالهها در فواصل نزدیک میتواند برای ستارگان، سیارات یا ابرهای گازی مخرب باشد.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان تصریح کرد: مدلها و پیشبینیهای مختلفی درباره سرنوشت اجسام در نزدیکی سیاهچالهها وجود دارد؛ مشهورترین آنها پدیدهای است که «اسپاگتیشدن» نامیده میشود، در این حالت اختلاف شدید نیروی گرانش میان بخشهای مختلف یک جسم موجب میشود قسمت نزدیکتر به سیاهچاله بیشتر کشیده شود و جسم به تدریج مانند رشتهای بلند و باریک درآید.
گلابی خاطرنشان کرد: در برخی دیدگاهها و مدلهای نظری، مفهومی با عنوان «مرگ بینقص» یا «مرگ کوانتومی» نیز مطرح شده است، بر اساس این برداشتها و با نزدیک شدن بیش از حد به سیاهچاله، ساختار بنیادی ماده تحت تأثیر گرانش فوقالعاده شدید قرار میگیرد و سرنوشت ذرات تشکیلدهنده آن با ابهامهای فراوانی روبهرو میشود.
وی تاکید کرد: در این دیدگاهها استدلال میشود که هر نیروی گرانشی با شتاب گرانشی متناظر است و هرچه گرانش قویتر باشد، شتاب گرانشی نیز افزایش پیدا میکند، از این رو برخی مدلهای نظری تلاش میکنند رفتار ماده را در نزدیکترین فواصل به سیاهچاله و در شرایطی که گرانش به مقادیر بسیار بزرگی میرسد، بررسی کنند.
سردبیر نجوم شهروندی ادیب گفت: البته باید توجه داشت که توصیف دقیق آنچه در نزدیکی تکینگی رخ میدهد هنوز در چارچوب فیزیک شناختهشده به طور کامل حل نشده است و دانشمندان برای پاسخ به این پرسشها نیازمند نظریهای جامع از گرانش کوانتومی هستند.
گلابی درباره سرنوشت یک فضانورد در نزدیکی سیاهچاله عنوان کرد: فردی که به سمت افق رویداد حرکت کند، از دید ناظری که در فاصله دور قرار دارد، حرکت او به تدریج کندتر به نظر میرسد و نور منتشرشده از او به سمت طول موجهای قرمزتر جابهجا میشود، در نهایت چنین به نظر میرسد که فرد روی افق رویداد متوقف شده است.
وی ادامه داد: از دید خود فضانورد، سقوط در زمانی محدود اتفاق میافتد و او مسیر خود را به سوی درون سیاهچاله ادامه میدهد، ناحیهای که در آن مفاهیم متعارف فضا و زمان کارایی خود را از دست میدهند.
سرنوشت اجسام در دام گرانش سیاهچاله
کارشناس رصدخانه فیزیک دانشگاه اصفهان درباره احتمال وجود جهانهای دیگر خاطرنشان کرد: بعضی راهحلهای ریاضی نظریه نسبیت عام، ساختارهایی موسوم به کرمچالهها یا Wormholes را پیشبینی میکنند؛ این ساختارها به صورت فرضی میتوانند دو نقطه بسیار دور از یکدیگر یا حتی دو جهان متفاوت را به هم متصل کنند.
گلابی ادامه داد: در بعضی مدلها، کرمچالهها به نوعی با مفهوم سیاهچاله و سیاهچاله سفید مرتبط دانسته میشوند، اما تاکنون هیچ شواهد رصدی برای وجود چنین ساختارهایی به دست نیامده است و بیشتر مدلها نشان میدهند که این گذرگاههای فرضی بسیار ناپایدار هستند.
وی اضافه کرد: بر اساس دانش فعلی، سیاهچالهها را نمیتوان مسیر مطمئنی برای سفر در زمان یا عبور به جهانهای دیگر دانست؛ هرچند این موضوع همچنان در حوزه فیزیک نظری مورد مطالعه قرار دارد.
وی درباره نزدیکترین سیاهچاله شناختهشده به زمین گفت: در سال ۲۰۲۲ پژوهشگران رصدخانه جنوبی اروپا از کشف سیاهچالهای با نام Gaia BH۱ خبر دادند. این جرم حدود ۱۲ برابر خورشید جرم دارد و در فاصله تقریبی ۱۶۰۰ سال نوری از زمین در صورت فلکی هرکول قرار گرفته است.
کارشناس رصدخانه فیزیک دانشگاه اصفهان تصریح کرد: هرچند تصاویر منتشرشده از چنین اجرامی به طور معمول بر پایه دادههای علمی و بازسازیهای رایانهای تهیه میشود، اما فاصله بسیار زیاد این سیاهچاله سبب میشود هیچ تهدیدی برای زمین و منظومه شمسی ایجاد نکند.
گلابی درباره بعضی اخبار منتشرشده پیرامون فرار ستارگان از سیاهچالهها اظهار کرد: گاهی در رسانهها اخباری منتشر میشود و این تصور را ایجاد میکند که یک ستاره از سیاهچاله عبور و نجات پیدا کرده است، اما چنین برداشتی دقیق نیست.
سیاهچالهها و رؤیای سفر به جهانهای دیگر
وی تصریح کرد: تاکنون هیچ مشاهده علمی معتبری وجود ندارد که نشان دهد ستارهای از داخل یک سیاهچاله عبور کرده و سالم بیرون آمده باشد؛ موارد ثبتشده مربوط به ستارگانی هستند که از نزدیکی سیاهچاله عبور کردهاند، در مدار آن قرار گرفتهاند یا بخشی از جرم خود را بر اثر برهمکنش گرانشی از دست دادهاند.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان تاکید کرد: در سالهای اخیر شواهدی از ستارهای مشاهده شد که پس از عبور بسیار نزدیک از کنار یک سیاهچاله فوقپرجرم، به طور کامل نابود نشد و دوباره به مدار خود بازگشت با این حال این ستاره هرگز از افق رویداد عبور نکرده بود.
گلابی گفت: بسیاری از ستارگان پیرامون Sagittarius A نیز در مدارهای پایدار حرکت میکنند و به دلیل سرعت مداری بالا از سقوط به درون سیاهچاله مصون میمانند، برخی از آنها نیز در گذرهای نزدیک، بخشی از جرم خود را از دست میدهند اما به طور کامل بلعیده نمیشوند.
وی تأکید کرد: آنچه تاکنون از فیزیک سیاهچالهها میدانیم این است که پس از عبور از افق رویداد، هیچ مسیر شناختهشدهای برای بازگشت وجود ندارد و این اصل همچنان یکی از بنیادیترین ویژگیهای سیاهچالهها محسوب میشود.
سردبیر نجوم شهروندی مرکز نجوم ادیب اصفهان خاطرنشان کرد: سیاهچالهها از شگفتانگیزترین آزمایشگاههای طبیعی کیهان هستند، مطالعه آنها به دانشمندان کمک میکند مرزهای فیزیک را بهتر بشناسند و به پرسشهای بنیادینی درباره گرانش، فضا، زمان و سرنوشت جهان پاسخ دهند.
گلابی اضافه کرد: امروزه با ابزارهایی همچون تلسکوپ فضایی جیمز وب، هابل، تلسکوپ افق رویداد و آشکارسازهای امواج گرانشی، بشر بیش از هر زمان دیگری به درک اسرار نهفته در تاریکترین نقاط عالم نزدیک شده است.
به گزارش ایمنا، سیاهچالهها اگرچه از تاریکترین و مرموزترین اجرام شناختهشده جهان هستند، اما هر کشف جدید درباره آنها دریچهای تازه به فهم قوانین بنیادین طبیعت میگشاید، از نخستین پیشبینی انیشتین تا ثبت تصاویر واقعی از افق رویداد و آشکارسازی امواج گرانشی.
مسیر شناخت این پدیدهها نشان داده است که بسیاری از رازهای کیهان در دل همین نقاط به ظاهر تاریک نهفته است و با توسعه نسل جدید تلسکوپها و ابزارهای رصدی، دانشمندان امیدوارند در سالهای آینده پاسخ بعضی از مهمترین پرسشهای فیزیک، از سرنوشت اطلاعات در سیاهچالهها گرفته تا ماهیت فضا و زمان، در پرتو مطالعه این اجرام شگفتانگیز روشنتر شود.