سیاهچاله

سیاهچاله چیست؟چگونه تشکیل میشود؟و وجه تمایز انواع آن در چیست؟

بطور کلی ستارگان دارای مراحل مختلف جنینی، کودکی و جوانی و پیری هستند.

يك محقق ايراني در دانشگاه پنسيلوانيا به كمك يكي از همكارانش، نشان داده است كه مي توان با استفاده از پرتوهاي پلاسمايي اجسام را نامريي كرد.

تشکیل سیاهچاله

بطور کلی ستارگان دارای مراحل مختلف جنینی، کودکی و جوانی و پیری هستند. پس از اکتشاف برابری جرم و انرژی توسط انیشتین، دانشمندان تشخیص دادند که کلیه ستارگان باید تغییر و تحول یابند. تکامل، تخریب و محصول نهایی یک ستاره، به جرم آن بستگی دارد. در واقع سرنوشت نهایی ستاره که تا چه مرحله ای از پیشرفت خواهد رسید با جرم ستاره ارتباط مستقیم دارد. اطلاعات مربوط به جرم ستارگان از مسائل بسیار مهم به شمار می‌رود.

تشکیل ستاره‌ها

گوی آتشین مورد نظر در نظریه انفجار بزرگ، حاوی هیدروژن و هلیوم بود، که در اثر انفجار بصورت گازها و گرد و غباری در فضا بصورت پلاسمای فضایی متشکل از ذرات بسیاری از جمله الکترونها، پروتونها، نوترونها و نیز مقداری یونهای هلیوم به بیرون تراوش می‌کند. با گذشت زمان و تراکم ماده در برخی سحابیها شکل می گیرند. این مواد متراکم رشد کرده و توده‌های عظیم گازی را بوجود می‌آورند که تحت عنوان پیش ستاره‌ها معروفند و با گذشت زمان به ستاره مبدل می‌شوند. بسیاری از این توده‌ها در اثر نیروی گرانش و گریز از مرکز بزرگ و کوچک می‌شوند، که اگر نیروی گرانش غالب باشد، رمبش و فرو ریزش ستاره مطرح می‌شود و اگر نیروی گریز از مرکز غالب شود، احتمال تلاشی ستاره و شکل گیری اقمار و سیارات می‌رود.

ارتباط جرم با مرگ ستارگان

سه طریق برای مرگ ستارگان وجود دارد. ستارگانی که جرم آنها کمتر از 1.4 برابر جرم خورشید است. این ستارگان در نهایت به کوتوله‌های سفید تبدیل می‌شوند. ستارگانی که جرم آنها بیشتر از 1.4 برابر جرم خورشید است، در نهایت به ستارگان نوترونی و به سیاه چاله‌ها تبدیل خواهند شد.

مراحل پایانی عمر ستارگان

دیر یا زود سوخت هسته‌ای ستارگان به پایان رسیده و در این صورت ستاره با تراکم خود، انرژی گرانشی به انرژی هسته‌ای غالب آمده و این تراکم (رمبش) تا تبدیل شدن الکترونهای آزاد ستاره به الکترونهای دژنره ادامه پیدا می‌کند، که در این صورت ستاره به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شده است. برخی از ستارگان از طریق انفجارهای ابر نواختری به ستارگان نوترونی تبدیل می‌شوند. هنگامی که ستاره در اواخر عمر خود باشد، به مراحل نواختر یا ابر نواختر می‌رسد.

در این مرحله ستاره از حداکثر انرژی خود استفاده می‌کند و این امر سبب می‌شود که شدت تابش نور آن بطور چشمگیر تغییر کند. در این حالت ستاره گرد و غبارهای (سحابیها) اطراف خود را می‌بلعد و این امر سبب می‌شود که بر ذرات تشکیل دهنده ستاره فشار وارد آید. ستاره حالتی پلاسمایی دارد و فشار ممکن است به حدی برسد که بر الکترونها و هسته‌های آن اثر کند و الکترون به پروتون برخورد کرده که در این برخورد به نوترون تبدیل می‌شود.

در طی این واکنش مقادیر زیادی امواج گاما تولید می‌شود. اگر تعداد نوترونهای تشکیل به قدری زیاد شوند که در این ستاره، حجم نوترونها به 16 کیلومتر برسد در این هنگام، چگالی این ستاره بسیار زیاد می‌شود، بطوری که می‌تواند نور را از مسیر خود منحرف و خمیده کند. در این مرحله ستاره به ستاره نوترونی تبدیل می‌شود.

اگر شعاع تعداد نوترونهای آن به بیش از 16000 کیلومتر برسد (البته در این افزایش شعاع، نوترونها به هم فشرده هستند)، چگالی این ستاره به قدری زیاد می‌شود که می‌تواند نور را هم به خود جذب کند، که به آن سیاهچاله می‌گویند. سیاهچاله‌ها با جرم زیاد خود، حجم کوچکی دارند. تشکیل سیاه چاله آخرین مرحله مرگ ستاره می‌باشد.

انواع سیاهچاله

1-   شوارتس شیلید: ساده ترین نوع سیاهچاله‌هاست، بار و چرخش ندارد، تنها یک افق رویداد و یک فوتون کره دارد، از آن نمی توان انرژی استخراج کرد. شامل تکینگی، نقطه‌ای است که در آن ماده تا چگالی نامحدود در هم فرو رفته است.

2-    رایزنر- نورد شتروم: هم بار دارد وهم چرخش، می تواند دو افق رویداد داشته باشد، اما تنها یک فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی نقطه ای است که وجود آن در طبیعت نامحتمل است، زیرا بارهای آن همدیگر را خنثی می کنند.

3-    کر: چرخش دارد، اما بار ندارد. بیضی و از بیرونی حد استاتیک است. منطقه تیره میان افق رویداد و حد استاتیک ارگوسفر است، که می توان از آن انرژی استخراج کرد. می تواند دو افق رویداد و دو حد استاتیک داشته باشد. دو فوتون کره دارد. شامل یک تکینگی حلقه‌ای است.

4-    کر- نیومان: هم بار دارد و هم چرخش، همان سیاهچاله کر است، جز اینکه بار دارد، ساختارش شبیه ساختار سیاهچاله کر است. می‌توان از آن انرژی استخراج کرد. یک تکنیگی حلقه‌ای دارد. بنظر پژوهشگران چهارنوع سیاهچاله همچنانکه ذکر شد می تواند وجود داشته باشند. مهمترین موضوع در باب سیاه چاله آنست که، بدانیم ماده در داخل سیاهچاله‌ای که حاصل آمده است در نهایت به چه سرنوشتی دچار می شود؟ اختر فیزیکدانان می‌گویند:

اگر مقداری ماده به داخل حفره سیاه از قبیل آنچه که از یک ستاره وزین مرده بجای مانده بیندازید، نتیجه نهایی همواره الزاما یک چیز خواهد بود و تنها جرم، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای که جسم با خود حمل می کند باقی خواهند ماند. اما اگر کل جهان به داخل حفره سیاه خود بیفتد، یعنی به شکل سیاهچاله در آید، دیگر حتی کمیاب بنیادی (جرم)، بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای نیز ناپدید می گردند.

نامرئي كردن اجسام!

يك محقق ايراني در دانشگاه پنسيلوانيا به كمك يكي از همكارانش، نشان داده است كه مي توان با استفاده از پرتوهاي پلاسمايي اجسام را نامريي كرد.

ايده نامريي كردن اجسام تا چندي پيش تنها در سطح داستانهاي تخيلي علمي نظير «مرد نامريي»، «چ جي ولز» مطرح بود اما «نادر انقطاع» و «آندرآ آلو» از دانشگاه پنسيلوانيا شيوه اي را پيشنهاد كرده اند كه با استفاده از آن مي توان با فناوريهاي موجود، اجسام را تا حد زيادي غير قابل رويت ساخت. 

به اعتقاد فيزيكدان اين روش كاربردهاي متعددي در فناوري هاي نظامي مربوط به مخفي كردن و استتار اجسام خواهد داشت. در گذشته گروههايي از فيزيكدانان كوشيده بودند با روش موسوم به «روش آفتاب پرست» به استتار اشيا و اجسام دست يابند.

محققان دانشگاه توكيو نيز بر روي نوعي پارچه تحقيق مي كنند كه بر همين مبنا عمل استتار را انجام مي دهد: در داخل اين پارچه دانه هايي نظير رشته تسبيح كار گذارده شده كه مي تواند صحنه اي را كه برروي آن تابانده مي شود منعكس سازد و جسمي را كه اين پارچه بر آن پوشانده شده نظير بدن آفتاب پرست به رنگ محيط درآورد و به اين ترتيب آن را نامريي سازد.

محقق ايراني و همكارش با انجام محاسباتي نشان داده اند اجسام كروي يا استوانه اي كه با اين قبيل سپرها پوشيده شوند، عملا نور بسيار كمي از خود بازمي تابند. در عمل زماني كه اين اجسام در معرض نور مريي قرار داده مي شوند، نوري كه از آنها به چشم مي رسد آنقدر اندك است كه عملا ديده نمي شوند.

يك محدوديت اين فناوري آن است كه هر سپر مخصوص تنها براي يك طول موج خاص كار مي كند و به عنوان مثال جسمي كه در زير نور قرمز غيرقابل رويت شده اگر تحت پرتوهاي به رنگ سبز يا آبي قرار گيرد قابل مشاهده خواهد بود. نكته ديگر آنكه سپر نامريي كننده زماني عمل مي كند كه طول موج با تابيده شده نزديك ابعاد خود جسم باشد. به اين ترتيب در مورد نور مريي، از اين سپر تنها براي مخفي كردن اجسام ميكروسكوپي مي توان استفاده به عمل آورد. اجسام بزرگتر تنها هنگامي از ديد پنهان مي شوند كه پرتوهاي با طول موج بلندتر به آنها تابيده شود. بنابراين با اين فناوري نمي توان افراد يا خودروها را نامريي كرد.

اما انقطاع معتقد است كه از اين فناوري مي توان در زمينه هاي ديگر نظير توليد موادي كه از برق زدن و درخشش اجسام جلوگيري مي كنند استفاده به عمل آورد. اين سپرها همچنين مي توانند مانع از تاثير نامطلوب نوري شوند كه از اجسام ريز پراكنده مي شود و به اين ترتيب مي توانند بازده ميكروسكوپها را افزايش دهند. يك كاربرد ديگر اين روش نامريي كردن ماهواره ها در فضا است.