در سال 2020 درباره سیاهچاله ها ده یافته نوین به ثبت رسیده است - وبلاگ لین هوان

به گزارش وبلاگ لین هوان، دانشمندان در سال 2020 به نظریه ها و اکتشافات جذابی درباره سیاهچاله ها دست یافتند؛ از جمله ادغام سیاهچاله ها، امواج گرانشی و سیاهچاله های غول آسا.

به گزارش وبلاگ لین هوان به نقل از زومیت، ما در عصر طلایی سیاهچاله ها به سر می بریم. پژوهشگرها از سال 2015 با رصدخانه موج گرانش تداخل سنج لیزری (LIGO)، پیروز به دریافت سیگنال مستقیم از سیاهچاله های در حال ادغام شدند و رصدخانه هایی مثل تلسکوپ ایونت هرایزن (EHT) اولین تصویر سایه سیاهچاله را فراوری کردند. 2020 سالی پر از دستاورد علمی درباره سیاهچاله ها بود و پژوهشگرها به نتایج منحصر به فردی درباره افق رویداد سیاهچاله رسیدند. در ادامه نگاهی به یافته های چشمگیر درباره سیاهچاله ها در سال 2020 می پردازیم.

1. برد جایزه نوبل فیزیک در زمینه سیاهچاله ها

2020 برای پژوهش سیاهچاله سال خوبی بود و در ماه اکتبر جایزه نوبل را برای سه فیزیکدان به ارمغان آورد که به آنالیز این اجرام کیهانی اسرارآمیز پرداخته بودند. نیمی از جایزه به راجر پنروز از دانشگاه آکسفورد بریتانیا به خاطر پژوهش در این زمینه اختصاص یافت. بر اساس یافته های پنروز، شکل گیری سیاهچاله کاملا منطبق با پیش بینی های نظریه نسبیت عام است. آندره گز از UCLA و راینهارد گنزل از دانشگاه بن و مؤسسه مکس پلانک فیزیک فرازمینی نیم دیگر جایزه را برای کشف جرم فشرده غول آسا در مرکز کهکشان راه شیری به دست آوردند. پس از ماری کوری (1903)، ماریا گوپرت مایر (1963) و دانا استریکلند (2018)، گز چهارمین زن برنده جایزه نوبل فیزیک در طول تاریخ فیزیک است.

2. LIGO بزرگ ترین برخورد سیاهچاله ای را رصد کرد

لیگو و همتای اروپایی آن ویرگو، به وسیله امواج گرانشی پیروز به رصد امواج بزرگی در بافت فضا زمان شدند؛ این امواج زمانی منتشر می شوند که اجرام سنگین نوسان نمایند. این رصدخانه ها اکتشافات زیادی داشته اند؛ اما در ماه می پژوهشگرهای دو رصدخانه در اعلامیه ای مشترک از کشف بزرگ ترین برخورد سیاهچاله ای خبر دادند که جرم یکی از سیاهچاله ها 85 برابر و جرم دیگری 66 برابر خورشید بود. با برخورد این دو سیاهچاله، سیاهچاله ای با جرم 142 برابر خورشید به وجود آمد. ستاره شناس ها قبلا پیروز به کشف سیاهچاله هایی هم اندازه با خورشید شده بود و می دانستند سیاهچاله های بزرگ معمولا چند میلیون برابر سنگین تر از خورشید در مرکز کهکشان ها وجود دارند؛ اما در گذشته به هیچ گونه شواهدی درباره سیاهچاله های متوسط دست نیافته بودند. شکل گیری دقیق سیاهچاله ها هنوز به صورت یک راز باقی مانده است که دانشمندان به دنبال حل آن هستند.

3. سیاهچاله های شروعین

در فاصله کوتاهی پس از بیگ بنگ، دنیا مملو از پرتوهای داغ و متلاطم شد. در بعضی نقاط انرژی به اندازه کافی متراکم بود تا از نظر تئوری دچار فروپاشی گردد و سیاهچاله ای تشکیل دهد. فیزیک دان ها هنوز از وجود سیاهچاله های شروعین (PBH-ها) مطمئن نیستند؛ اما با دقت در حال آنالیز آن هستند. بر اساس مقاله های متعدد که یکی از آن ها در ماه نوامبر منتشر شد، این سیاهچاله ها که بعضی از آن ها از باقی مانده ستاره های مرده کوچک تر هستند، می توانند مواد تشکیل دهنده ماده تاریک باشند؛ ماده ای ناشناخته که تأثیر گرانشی زیادی بر کیهان دارد. آزمایش هایی برای جستجوی PBH در سال های آینده انجام خواهد شد.

4. احتمال وجود سیاهچاله های فوق بزرگ

پژوهشگرها در ماه سپتامبر از احتمال سیاهچاله های ابرغول آسا (SLAB) سخن گفتند. جرم این اجرام به یک تریلیون برابر جرم خورشید می رسد که ده برابر بیشتر از بزرگ ترین سیاهچاله شناخته شده به نام TON 618 است؛ جرم این سیاهچاله، 66 میلیارد برابر خورشید است. بعضی از SLAB-ها در شروع دنیا شکل گرفتند؛ بنابراین سیاهچاله شروعین هستند و می توان اثر آن ها را در تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی رصد کرد؛ تابش پس زمینه کیهانی به نور باقی مانده از دنیا شروعین (در 380 هزار سال اول) گفته می گردد. آثار دیگر این سیاهچاله ها را می توان به وسیله انحراف نور ستاره های دوردست آشکار کرد. این سیاهچاله ها فعلا در حد نظریه هستند؛ ولی توجه بسیاری به خود جلب نموده اند.

بر اساس نظریه ریسمان، سیاهچاله ها می توانند مانند توپ های رشته ای تشکیل شده از رشته های بنیادی (فازبال) باشند

5. LIGO پیروز به کشف یک ادغام گر نامتعادل شد

تعداد زیادی از سیاهچاله های دوتایی (باینری) که با ابزارهای لیگو و ویرگو کشف شدند، جرم یکسانی داشتند؛ اما در ماه آوریل، دانشمندان از رصد نامتقارن ترین برخورد سیاهچاله ای خبر دادند. این اجرام در فاصله 2.4 میلیارد سال نوری با یکدیگر برخورد کردند؛ جرم یکی از آن ها هشت برابر و جرم دیگری 30 برابر خورشید بود. چنین رویداد غیر منتظره ای به قدری نادر بود که ابزار موج گرانشی پس از چند سال فعالیت پیروز به رصد آن نشده بود. این یافته فرضیه های زیادی را به چالش گرفت و پژوهشگرها بر این اساس ادغام نماینده های سلسله مراتبی را تعریف کردند؛ در این ادغام ها سیاهچاله ها با یکدیگر برخورد می نمایند و بقایای آن ها با سیاهچاله دیگری ادغام می گردد.

6. تلسکوپ ها اسپاگتی شدن یک ستاره در سیاهچاله را رصد کردند

وقتی جرمی سنگین در فاصله مشخصی از یک سیاهچاله قرار می گیرد، نیروهای گرانشی شدید می توانند باعث کشیده شدن آن شوند. این فرایند اصطلاحا اسپاگتی سازی گفته می گردد و بسیار نادر است؛ زیرا سیاهچاله ها با ابری از گاز و غبار احاطه شده اند. در ماه اکتبر، ستاره شناسان رصدخانه جنوبی اروپا توانستند فرایند اسپاگتی سازی یک ستاره را با جزئیاتی بی سابقه با استفاده از تلسکوپ NTT و تلسکوپ بسیار بزرگ (Very Large Telescope) رصد نمایند. این رویداد نادر که به نام AT 2019qiz شناخته می گردد، دیدگاه هایی درباره چنین اتفاق هایی در اختیار ستاره شناس ها قرار داد و به آن ها در درک بهتر گرانش در محیط های کرانه ای یاری می نماید.

7. رصد نزدیک ترین سیاهچاله

هیچ کس نمی خواهد بیش از حد به سیاهچاله نزدیک گردد و اسپاگتی گردد! خوشبختانه پدیده کیهانی که در ماه می رصد شد در فاصله ای امن بود. این سیاهچاله با دو ستاره دیگر، منظومه سه تایی HR 6819 را تشکیل می دهد؛ اما سیاهچاله ای جدید در فاصله 1000 سال نوری از زمین کشف شده است که سه برابر نزدیک تر از رکورد قبلی است. ستاره شناس ها هنوز به طور مستقیم قادر به رصد سیاهچاله نیستند؛ اما می توانند با استفاده از تأثیر گرانشی دو جرم همراه آن، به وجود سیاهچاله پی ببرند. ناظران شب در نیم کره جنوبی می توانند ستاره های منظومه HR 6819 را با چشم غیر مسلح ببینند.

8. سیاهچاله ها می توانند فازبال باشند

برای شکل گیری سیاهچاله، باید ماده و انرژی در نقطه ای کوچک با چگالی نامحدود دچار فروپاشی شوند. ازآنجاکه بی نهایت های این چنینی از دیدگاه فیزیکی غیر ممکن هستند، نظریه پردازها مدت ها است به دنبال راهی برای حل این مسئله هستند. بر اساس نظریه ریسمان که تمام ذرات و نیروها را با رشته های لرزان زیراتمی جایگزین می نماید، سیاهچاله ها می توانند حتی عجیب تر باشند و به توپ نخ مانند فازی از رشته های بنیادی تبدیل شوند. طبق پژوهشی در ماه اکتبر، اگر اتم های ستاره های نوترونی (بقایای ستاره ای که تراکم آن برای شکل گیری سیاهچاله کافی نیست) به شکل مجموعه ای از رشته ها باشند، فشرده سازی این رشته ها منجر به شکل گیری فازبال می گردد که به توپ نخی شباهت دارد. این ایده هنوز احتیاج به آنالیز بیشتری دارد؛ اما می تواند جایگزینی برای حل مسئله بی نهایت باشد.

9. سیاهچاله های خطرناک عریان در کمین هستند

به عقیده فیزیک دان ها، هر سیاهچاله دارای افق رویداد است؛ مرزی که با سقوط در آن، هرگز قادر به خروج نخواهید بودد؛ اما آیا ممکن است سیاهچاله ای بدون افق رویداد موسوم به سیاهچاله عریان وجود داشته باشد؟ این پدیده در صورت وجود می تواند بسیار خطرناک باشد؛ زیرا قوانین فیزیکی افق رویداد سیاهچاله را در هم می شنمایند و سیاهچاله عریان فاقد سد حفاظتی خواهد بود. اغلب نظریه پردازها وجود سیاهچاله عریان را غیر ممکن می دانند؛ اما بر اساس مقاله ای که در ماه نوامبر منتشر شد، راهی برای اطمینان از این مسئله وجود دارد. برای پی بردن به تفاوت این سیاهچاله ها باید به قرص برافزایشی آن ها نگاه کرد؛ قرص برافزایشی حلقه ای از گاز و غبار است که هنگام ورود مواد به سیاهچاله شکل می گیرد؛ این قرص می تواند تفاوت سیاهچاله های عادی و سیاهچاله های عریان را آشکار کند.

10. گنجینه سیاهچاله ها

در ماه اکتبر، LIGO و ویرگو، کاتالوگ ده ها سیگنال موج گرانشی را منتشر کردند که بین آوریل و سپتامبر 2019 کشف شده بودند. 39 رویداد در این کاتالوگ ثبت شده اند؛ شامل تعداد زیادی از یافته های مهم از جمله ادغام سیاهچاله های غول آسا که منجر به فراوری سیاهچاله ای به جرم 142 جرم خورشیدی شد، ادغام دو سیاهچاله ناهمسان با هشت جرم و سی جرم خورشیدی یا کشف جرم اسرارآمیزی که به نظر می رسید سیاهچاله ای کوچک یا یک ستاره نوترونی بزرگ است. پژوهشگرها از این داده ها به هیجان آمده اند و از آن برای درک بهتر رفتار و تکرار ادغام های سیاهچاله ای استفاده خواهند کرد.