مقدمه
بررسی وقایع روی داده در اطراف یک
سیاهچاله از کارهای جالب برای اغلب اختر شناسان حرفه‌ای در مراکز بزرگ تحقیقاتی در جهان بوده است. چرا که این اجرام ، با اجرام دیگری که ما می‌شناسیم بسیار متفاوت بوده و این تفاوت موجب ایجاد حس کنجکاوی بسیاری در میان دانشمندان شده است. ذراتی که از اطراف این اجرام به بیرون پرتاب می‌شوند بسیار پر انرژی هستند. همچنین
طیف الکترومغناطیس گسیلی آنها از محدوده
امواج رادیویی تا
اشعه ایکس را کاملاً در بر می‌گیرد.
این امواج انرژی زیادی دارند و تنها منبع ایجاد چنین تشعشات ، اجرام بسیار سنگین و چگال می‌توانند باشند که همچون یک
شتاب دهنده ، ذرات را به بیرون پرتاب می‌کنند. باید توجه داشت که گسیل این ذرات و انرژی در تمام سطح سیاه چال صورت نمی‌گیرد و مکانهای خاصی برای گسیل این ذرات و این
فوتونها وجود دارد. علت این امر هم چگال بودن بیش از اندازه این اجرام است که تغییرات شدیدی در فضای اطراف خود ایجاد می‌کنند.
در توضیح این مطلب باید گفت که فضای اطراف یک سیاه چاله با فضای دورتر از آن و نیز با فضای اطراف یک جرم کوچک مثل زمین بسیار متفاوت دارد، این تفاوت ویژگیهای خاصی را نیز برای سیاه چاله ایجاد می‌کند. برای مثال باید گفت چیزی که امروزه فیزیکدانان از آن به عنوان
افق رویداد سیاه چاله نام می‌برند، همان تفاوت فضا زمانی اطراف یک حفره سیاه است. در توضیح افق رویداد سیاه چاله هم باید گفت فضایی در اطراف سیاه چاله است که فضا و زمان در دو سوی آن بطور فاحشی متفاوت هست.
گرانش در سیاهچاله
نیروی گرانشی در اطراف یک سیاه چاله به قدری زیاد است که امکان فرار برای ذرات به حد صفر میرسد، مگر در موارد و شرایطی خاص. اما این نیروی گرانشی را می‌توانیم به حالتهای مختلف بررسی کنیم. نیروی گرانشی که در میدان گرانشی ایجاد می‌شود یا نیروی گرانشی توسط
ذرات گراویتون حمل شده و به ذرات دیگر اثر می‌کند. در ابتدای امر از شما دعوت می‌کنیم یک سیاه چاله بزرگ را در نظر بگیرید. فرض کنید این سیاه چاله با قدرت کشش بالا سرعت دورانی پایینی دارد، سوالی که اینجا مطرح می‌شود این است که ذرات چگونه به داخل کشیده می‌شوند؟
جوابی که ما داریم این است که این ذرات در خط تقریبا مستقیم و در جهتی که وارد شده‌اند به سطح بر خورد می‌کنند. حال همین مسأله را با سرعت گردش بالا در نظر بگیرید، اینجا دیگر ذرات مثل حالت اول به بالا کشیده نخواهند شد. علت هم این است که وقتی سیاه چاله رمبیده ، با سرعت بالا دوران می‌کند به همراه خود فضا و زمان و یا ذرات گراویتون را به چرخش به دور خود وادار می‌سازد. در نتیجه جهت گیری ذرات هم در جهت حرکت همین گراویتونها خواهد بود و ذرات فقط در نزدیکی سطح چاله از حرکت دایره‌ای باز خواهند ایستاد.
گراویتونها
حال همین مطلب را در تمام سیاه چاله بسط داده و اینگونه بحث را پیش می‌بریم که اگر ذرات گراویتون که حامل نیرو هستند در اطراف سیاه چاله گردش کنند، با سرعتی ثابت در تمام سطوح حرکت خواهند کرد؟ جواب این سوال خیر است. قبل از پاسخ کامل به این سوال در مورد مطلب فوق یک مثال می‌زنیم: اگر شما
ماهواره‌ای را با یک موشک قدرتمند به بالای جو منتقل کرده و این ماهواره را به حال خود رها کنید چه اتفاقی خواهد افتاد؟
خوب معلوم است این ماهواره بعد از دقایقی با سرعت بالا با زمین بر خورد خواهد کرد. ولی اگر این ماهواره را توسط موشک دیگری با سرعتی مشخص به حرکت در آوریم دیگر این ماهواره با زمین بر خورد نخواهد کرد و در مدار مشخص خود با تناوب منظمی حرکت خواهد کرد. پس در مورد سیاه چاله‌ها هم چرخش سیاه چاله تقریبا همان نقشی را ایفا می‌کند که موشکهای ماهواره ایجاد می‌کند. اما در جواب سوال باید گفت؛ اگر این حرکت دایره‌ای در اطراف سیاه چاله‌ها را به طرف قطبهای سیاه چاله منتقل کنیم قضیه فرق خواهد کرد.
فرض کنید ذره‌ای با زاویه‌ای مشخص در حال حرکت به سمت سیاه چاله است، در حالی که به خود سیاه چاله هم با سرعت بالا گردش می‌کند و فضای اطراف را نیز به حرکت در می‌آورد. اگر این ذره بر روی فضا زمان و یا ذرات گراویتون نیرو وارد کرده و روی انها حرکت دایره‌ای انجام دهد با سرعتی مشخص که رفته رفته در اثر نزدیک شدن به سیاه افزایش می‌یابد و طرف مرکز حرکت خواهد کرد. ضمن اینکه یک شتاب مرکز گرا نیز در جهت مستقیم به علت گردش به طرف خط عمودی که از مرکز دایره می‌گذرد به آن وارد می‌شود. دو نیروی وزن و عمودی تکیه گاه بر ذره اثر می‌کنند. با توجه به توضیحات بالا نبروی کل هم نیروی وارد شده نهایی بر ذره است. از برآیند نیروهای وزن و عمودی تکیه گاه بدست می‌آوریم.
بعد از توضیحات بالا در مورد ایجاد حفره هم باید گفت چون ذره یا ذرات گراویتون در مسیر دایره‌ای حرکت شتاب دار دارند، به دیواره حرکت خود که همان ذرات گراویتون دیگر است نیروی مخالف وارد می‌کنند. در نتیجه این ذرات حامل نیروی گرانشی از مرکز گردش دور شده و یک حفره که از سطح خارج افق رویداد شروع می شود و به سطح سیاه چاله میرسد ایجاد شده و ذرات در سطح بین حفره که یک طرف ان افق رویداد است و طرف دیگر آن فضای بدون گرانشی شدید حرکت می‌کنند. نیروی کل وارد شده بجز خط مستقیم که از خط استوای سیاه چاله می‌گذرد همیشه بیشتر از نیروی وزن است و فقط در همین یک مورد نیروی خالص بخاطر اینکه از سطح نیروی عمودی تکیه گاه به جسم اثر نمی‌کند برابر وزن جسم است.
حفره‌های فضایی
حال با توجه به این توضیحات می‌توان ایجاد حفره‌های عمیق فضایی در اطراف سیاه چاله‌ها را توضیح داد. چون حفره فضایی در اثر کشیدگی بیش از اندازه ایجاد می‌شود و این کشیدگی را نیروی گرانش سیاه چاله فراهم می‌آورد. حال در زیر این پدیده را بطور کاملتر توضیح می‌دهیم:
با پایان
یافتن عمر یک ستاره هنگامی که این ستاره با یک
انفجار ابر نواختری بزرگ مواجه می‌شود و مواد سنگین به طرف مرکز رانده شده و شدیداً متراکم می‌شوند. نیروی گرانشی فوق العاده قوی ایجاد می‌شود و مقداری از گازهای رانده شده دوباره جذب می‌شود . این گازها در اثر
نیروی گرانش شدید سیاه چاله ایجاد شده شدیداً به گردش در می‌آید، در کنار این خود سیاه چاله نیز به دوران در می‌آید.
این دوران بسیار سریع موجب می‌شود نیروی مرکز گرای کشنده به طرف قطبهای سیاه چاله متمرکز شود. چنانچه مقدار زیادی از گازهای اطراف به طرف دو قطب به حرکت در می‌آیند و در آنجا با سرعت زیادی گردش می‌کنند. در این هنگام که دوران سیاه چاله اندکی شدت می‌گیرد و بطور کامل
رمبیده می‌شود نیروی گرانشی شروع به کشیدن فضای اطراف سیاه چاله در مکانی که اندکی از افق رویداد سیاه چاله دورتر است می‌کند.
این کشیدگی در قطبهای سیاه چاله بطور بسیار محسوسی انجام می‌گیرد. به گونه‌ای که در یک لحظه دو حفره بسیار عمیق که عمق آنها هم اندازه و جرم سیاه چاله بستگی دارد به طرف سیاه چاله ایجاد می‌شوند. این دو حفره که در دو قطب سیاه چاله ایجاد می‌شوند ذرات را به درون سیاه چاله فرو می‌برند، ذرات کشیده شده در مکانهایی نزدیک به سیاه چاله با سرعت نور نزدیک می‌شوند. این ذرات شتاب گرفته به چند حالت مختلف در می‌آیند یا توسط سیاه چاله بلعیده شده و جذب می‌شود.
در کنار آن زمانی که به سرعت نور نزدیک شدند، انواع
امواج الکترومغناطیسی را در طول موجهای مختلف گسیل می‌کنند. باید توجه داشت چون این ذرات بطور خاص فقط از درون حفره عبور می‌کنند؛ فوتونهای گسیلی آنها هم در امتداد این حفره حرکت می‌کند و بصورت متمرکز از درون حفره یا به بیرون پرتاب می‌شوند یا به درون حفره می‌روند. همچنین ذرات ورودی به حفره ممکن است در اثر سرعت زیاد به درون سیاه چاله کشیده نشوند و از کنار سیاه چاله به بیرون پرتاب شود. در این حالت اگر این ذرات به گازهای اطراف برخورد نکنند، می‌توانند در مکانی در اطراف خط استوای سیاه چاله به بیرون پرتاب شوند. این ذرات در این هنگام انرژی بسیار زیادی دارند و با سرعتهای نزدیک به سرعت نور در فضا منتشر می‌شوند.
مباحث مرتبط با عنوان
- نویسنده: امین محمود نژاد
- ویراستاری و گرافیک: مجید آقاپور
