جالب ترین وبلاگ پارسی

علمی -موفقیت-مثبت اندیشی-اطلاعات عمومی

سیاه چاله (BLACK HOLE)
ساعت ٩:٠٤ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٧/٦/٤   کلمات کلیدی:

سیاه چاله تمرکز عظیمی از جرم است که نیروی جاذبه آن مانع عبور اجسامی  که از افق رویداد آن-نه آنهایی که از تونل کوانتومی(شعاع هاوکینگ) می گذرند-می شود. نیروی گرانش آن قدر شدید است که سرعت گریز از افق رویداد آن بیشتر از سرعت نور است.این مطلب بر این دلالت دارد که هیچ چیز حتی نور در افق رویداد سیاهچاله قادر نیست از جاذبه آن فرار کند. هر چند ، این تئوری وجود دارد که کرم چاله باعث می شود که جسمی بتواند از سیاه چاله بیرون آید. واژه سیاه چاله گسترده است، بنابراین به یک چاله در معنای حقیقی اشاره نمی کند بلکه به مکانی از فضا اشاره می کند که هیچ چیز از آن مکان بیرون نمی آید. وجود سیاه چاله در جهان توسط مشاهدات نجومی به خصوص مطالعه اشعه X بیرون آمده از تششعات فعال کهکشانی و تششعات دودوئی به طور کامل به اثبات رسیده است.بقیه در Perm


تاریخچه:

مفهوم جسمی عظیم که حتی نور نیز نمی تواند از آن فرار کند توسط زمین شناس انگلیسی جرج مایکل در سال 1783 در برگه ای که به جامعه سلطنتی فرستاده شد بیان شده است. در آن زمان نظریه ی گرانشی نیوتون و  مفهوم سرعت گریز قطعی و واضح بود. مایکل محاسبه کرد که روی سطح جسمی  با شعاع500 برابر بزرگتر از شعاع خورشید با همان چگالی خورشید سرعت گریز برابر سرعت نور است بنابر این چنین جسمی غیر قابل دیدن می باشد.

طبق گفته ی خود او : اگر شعاع کره ای با چگالی برابر چگالی خورشید 500 برابر شود و جسمی از ارتفاع نا محدود بر روی آن سقوط کند سرعت سقوط بر روی سطح آن از سرعت نور نیز بیشتر خواهد بود. اگر نور نیز به تناسب جرم سکونش توسط این نیرو (در مقایسه با نیروی سایر اجسام) کشیده می شد تمام نوری که از جسم ساطع می شد به سبب گرانش زیاد به جسم باز می گشت.

هر چند تفکر او بعید بود  اما مایکل بر این عقیده بود که اجسام غیر قابل رؤیت بسیاری در کیهان وجود دارند.

در سال 1796 ریاضی دان فرانسوی پیر سامون لپیس مشابه چنین عقیده ای را در کتاب اول و دوم خود  سیستم جهان  ترویج داد. این عقیده در کتاب های بعدی تکرار نشد. تمام عقیده ای که در قرن 19 توجه اندکی به آن شد این بود که از آن جایی که گمان می رفت نور دارای جرمی اندک است نیروی جاذبه تداخلی در آن ندارد.

در سال 1915  انیشتین نظریه ی جاذبه خود را با نام نظریه ی جاذبه عمومی انتشار داد. قبل از آن وی نشان داد که جاذبه در نور تداخل دارد. چند ماه بعد کارل شوارتسشیلد راه حلی برای مبحث جاذبه چنین اجرامی ارائه داد که نشان می داد آنچه را ما اکنون به نام سیاه چاله می شناسیم به طور تئوری امکان وجود دارد. شعاع شوارتسشیلد همان شعاع افق رویداد سیاه چاله های ساده است که در گذشته به درستی درک نمی شد.خود شوارتسشیلد وجود آن را به طور فیزیکی قبول نداشت.

در سال 1920 سابراهمان چانداراشکار به این نتیجه رسید که نظریه ی نسبیت خاص بیان می کند که یک جسم غیر چرخان که جرم آن 1.44 بار بیشتر از  جرم خورشید است ( اکنون با نام حد شوارتسشیلد شناخته شده است) از آنجائی که در ان زمان چیزی شناخته نشده بود که مانع آن شود،  متلاشی می شود . این نظریه با نظریه ی آرتور ادینگتون که چیزی اجتناب ناپذیر مانع این متلاشی شدن است در تضاد بود. هر دو نظریه درست بودند. ار آنجایی که جرم کوتوله ی سفید از حد چاندارشکار بیشتر بود متلاشی می شد و یک ستاره ی نوترونی را بوجود می آورد. هر چند یک ستاره نوترونی با جرم بیشتر از سه برابر جرم خورشید نیز در برابر متلاشی شدن ناپایدار است.

در سال 1939 رابرت آفنهیمر و اچ-سنیدر پیش بینی کردند که ستارگان سنگین می توانند دستخوش یک تلاشی گرانشی مهیج شوند. بر این اصل سیاه چاله ها می توانند در طبیعت شکل بگیرند.این اجسام از آنجایی که تلاشی می تواند به سرعت کاهش یابد و در نزدیکی شعاع شوارتسشیلد به قرمز میل کند زمانی ستارگان یخ زده نمامیده میشدند .ریاضیات نشان می دهند که بیننده خارجی می تواند سطح ستاره را زمانی که از آن شعاع عبور می کند در یک لحظه یخ زده ببیند.هر چند که این اجسام نظری تا اواخر سال 1960 آن قدر ها مورد علاقه افراد نبود ، بسیاری از فیزیک دانان بر این عقیده بودند که این ویژگی عجیبی از راه حل متانسب پیدا شده توسط شوارتسشیلد است و این اجسام متلاشی شده در طبیعت سیاه چاله را بوجود نمی آورد.

علاقمندی به سیاه چاله در سال 1967 به علت فعالیت های تجربی و نظری دوباره بالا گرفت. استفان هاکینگ و راجر پنرز ثابت کردند که سیاه چاله ها خصوصیتی عام در نظریه ی گرانشی انیشتین است و نمی توان از اجسام متلاشی شونده دوری جست . علاقمندی ها در کمیته نجومی با کشف تپ اخترها دوباره تازه شد. مدت کوتاهی پس از آن استفاده از بیان سیاه چاله توسط جان ویلر ابداع شد.اشیاء کهن تر نیوتونی مایکل و لاپلاس با نام ستارگان تاریک شناخته می شوند تا آن ها را از سیاه چاله ها س نسبیت عام باز شناسیم.

شواهد :

یک سیاه چاله (شبه آن) با جرم 10 برابر خورشید که از 600 کیلومتری راه شیری دیده شده است. ( دوربین افقی با زاویه باز 90 درجه)

شکل:

نسبیت عام( مانند سایر نظریه های استاندارد در مورد جاذبه) تنها وجود سیاه چاله ها را اعلام نمی کند بلکه در واقع ایجاد آن ها را در طبیعت زمانی که جرم کافی در قسمتی از فضا طی عملی با نام تلاشی جاذبه ای فشرده شود ، پیش بینی می کند . به عنوان مثال اگر شما خورشید را طوری فشرده کنید که شعاع آن به 3 کیلومتر یعنی جهار میلیونیم اندازه اکنونش برسد  به سیاه چاله تبدیل می شود.هنگامی که جرم در مکانی از فضا افزایش می یابد جاذبه ی آن هم شدیدتر می شود – یا در زبان نسبیت فضا در اطراف آن با افزایش ناموزونی همراه خواهد شد. سرانجام جاذبه آن چنان شدید خواهد شد که چیزی قادر به گریز از آن نخواهد بود ، یک افق رویداد تشکیل می گیرد و ماده و انرژی به اجبار در طی یک تلاشی تکینه می شوند.

تحلیل مقداری از این نظریه ما را به این پیش بینی می رساند که بازمانده یک شبه ستاره که جرمی بیشتر از 3 تا 5 برابر  خورشید داشته باشد ( حد تولهام-آفنهیمر-ولکاف) به علت فشار تبهگنی قادر به ماندگاری به صورت ستاره نوترونی نیست و به ناچار در پی یک تلاشی به سیاه چاله تبدیل می شود. پیش بینی می شود که این بازمانده های شبه ستاره ها با چنین جرمی  سرانجام ستاره هایی با جرم 25-30 برابر خورشید است یا توسط افزایش جرم برای تبدیل به یک ستاره نوترونی تولید می شود.

تلاشی شبه ستاره ها میتواند سیاه چاله هایی را بوجود آورد که حداقل 3 برابر جرم خورشید جرمسیاهچاله دارند.سیاه چاله های با جرم کمتر از این مقدار فقط زمانی شکل می گیرند که جرم آن ها تحت فشار کافی از منبعی جز جاذبه خودشان قرار گیرد. فشار زیادی که در مراحل اولیه ی خلقت جهان گمان می شد احتمالاً نخستین سیاه چاله ها را بوجود آورد که جرمی کمتر از جرم خورشید داشتند.

این باور وجود دارد که سیاه چاله های بسیار پر جرمتر در مرکز اکثر کهکشان ها شامل کهکشان راه شیری خودمان قرار دارند.این گونه سیاه چاله ها دارای جرمی معادل میلیون تا بیلیون برابر جرم خورشید هستند و چند راه برای تشکیل این گونه سیاه چاله ها وجود دارد. یک راه از طریق تلاشی ستارگان خوشه ای چگال  است. راه دوم به وسیله ی مقدار زیادی از جرم است که در حجم کوچک مثل دانه ی سیاه چاله تشکیل یافته از شبه ستاره ها متراکم می شوند . سومین راه از طریق تکرار ترکیب سیاه چاله های کوچکتر است.

سیاه چاله های با جرم متوسط دارای جرمی بین سیاه چاله های پر جرم و سیاه چاله های تشکیل یافته توسط شبه ستاره ها یعنی در حدود هزار برابر جرم خورشید هستند. سیاه چاله های با جرم متوسط به عنوان منبع احتمالی  اشعه های بسیار درخشان ایکس پیشنهاد شده است و در سال 2004  اکتشاف  به نقطه رسید که یک  سیاه چاله های با جرم متوسط به دور سیاه چاله پر جرم صورت فلکی قوس 1 ( (Sagittarius A*  در وسط کهکشان راه شیری می چرخد. این اکتشاف انکار شد.

مدل های قطعی یکپارچه شده ی چهار نیروی بنیادی به اطلاعات در مورد میکرو سیاه چاله ها در شرایط آزمایشگاهی امکان می دهد. این ادعا که جاذبه با سایر نیرو ها یکپارچه شده با یکپارچگی سایر نیروهااز آنجا که با انژی پلانک ( که خیلی بیشتر است) در تضاد است قابل مقایسه است. این به ما امکان تولید سیاه چاله های بسیار کوتاه عمر در شتاب دهنده های کوچک زمینی را می دهد. هیچ گونه مدرک قطعی از تولید این گونه سیاه چاله در دست نیست در حالی که یک نتیجه منفی محدودیت فشرده سازی برای اجسام بزرگ ابعاد را از نظریه های طولانی و مدل های فیزیک بیرون خواهد آورد.

مشاهدات:

- اطلاعات در مورد تابش بیرونی از دیسک به هم فشرده یک سیاه چاله:

در نظریات ، هیچ جسمی حتی نور قادر به عبور به بیرون از افق رویداد یک سیاه چاله نیست هر چنر سیاه چاله ها می توانند با مقایسه پدیده های اطراف آن مانند  جاذبه های ذره بینی ، تابش های کیهانی و ستارگانی که به دور فضایی غیر قابل رؤیت می چرخند مشاهده شوند.

اثر بسیار آشکار از اجسامی است که  درون سیاه چاله می افتند که پیش بینی می شود این اجسام در دیسکی به هم پیوسته بسیار داغ و چرخان جمع می شوند. این چسبندگی داخلی دیسک ها سبب گرمای بالا و خروج مقدار عظیمی از اشعه های ایکس و فرا بنفش می شود . این عمل بسیار مناسب است و 50 درصد انژی جرم سکون را برخلاف ترکیبات هسته ای که مقدار اندکی از جرم را به انژی تبدیل می کنند ، به تششع تبدیل می کند. اثر قابل مشاهده دیگر تابش های باریک ذرات در سرعت های نسبیتی بر فراز محور های دیسک است.

هر چند دیسک های به هم پیوسته و اشیای چرخان تنها به دور سیاه چاله ها شناخته نشدند و وجود آنها در اطراف اشیایی مثل ستارگان نوترونی و کوتوله های سفید هم مشاهده شده است ، مکانیک حرکت این اشیاء نزدیک جذب کننده های غیر سیاه چاله ها بسیار شبیه مکانیک حرکت اشیا نزدیک سیاه چاله هاست.این اکنون یکی از فعالترین و پیچیده ترین مباحث تحقیقی در فیزیک پلاسما و مغناطیس برای پی بردن به آنچه می گذرد است. از این رو برای بیشتر قسمت ها ، مشاهده دیسک های به هم پیوسته و حرکت های مداری به ندرت نشان دهنده ی اجسام فشرده با چنان جرم هایی است در حالی که در مورد طبیعت آن شیء بسیار اندک سخن می گوید. تشخیص یک شیء به عنوان سیاه چاله به فرضیات بیشتری نیاز دارد زیرا اشیای دیگر( یا سیستم مرزی اشیاء) نمی وتناد این چنین پر جرم و فشرده باشد. بیشتر متخصصین اخترفیزیک این مورد را از آنجایی که بر اساس نسببت عام هر جرم متمرکز با چگالی کافی در اثر تلاشی به سیاه چاله تبدیل می شود ، قبول دارند .

یکی از مهمترین تفاوت های مشاهدات سیاه چاله و سایر اشیای پر جرم فشرده این است که هر ماده سقوط کننده به درون سرانجام در حالی که سرعتی نسبیتی دارد در پی تصادم انتشار می کند همان طور که انرژی جنبشی به گرمایی تبدیل می شود . به علاوه سوختن گرما هسته ای ممکن است بر روی سطح ساخته شده اجسام رخ دهد. این عمل اشعه های غیر عادی بسیار درخشان ایکس و سایر تششعات شدید را تولید می کند. بدین گونه نداشتن چنین درخشندگیهایی به دور دیسک های به هم پیوسته ی جرم بدون سطح که ماده در آن جا جمع می شود به عنوان مدرکی دال بر وجود سیاه چاله است.

 اکنون یک اندازه در شواهد تقریبی ستاره شناسی برای طبقه یندی جرمی سیاه چاله ها وجود دارد:

سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ای با جرم یک ستاره معمولی ( 4 تا 15 برابر جرم خورشید)

سیاه چاله های پر جرم با جرمی بین 105 تا 1010 جرم خورشید.

در واقع شواهدی هم برای سیاه چاله های با جرم متوسط که جرمی بین چند صد تا چند هزار برابر جرم خورشید دارند وجود دارد . این سیاه چاله ها احتمالاً از منابع انتشار تششعات بسیار درخشان ایکس است

نمونه های سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ها عمدتا با  دیسک های به هم پیوسته ی  با اندازه و سرعت طبیعی و بدون وجود روشنایی غیر عادی به جر برای دیسک های اطراف اشیای فشرده ،  شناخته می شوند. سیاه چاله های با جرم شبه ستاره ها ممکن است عامل نشر اشعه گاما متوالی باشند ،این باور وجود دارد که اشعه گاما متوالی کوتاه عمر به سبب تصادم ستاره های نوترونی که با ادغام شدن آن ها سیاه چاله ها شکل می گیرند،  نشر می شوند. مشاهده اشعه گاما متوالی کوتاه عمر بلند با حضور ابرنواخترها موجب نیل به این نتیجه می شود که اشعه گاما متوالی کوتاه عمر بلند به سبب ستارگان تلاشی شونده – ستارگانی پر جرم که هسته آن ها برای تشکیل دادن یک سیاه چاله از طریق کشش ماده احاطه کننده آن متلاشی می شود-  نشر می شوند.

بنابراین اشعه گاما متوالی کوتاه عمر نشان دهنده تولد یک سیاه چاله جدید است که آن کمکی برای جستجوی سیاه چاله هاست.

نمایشی هنری از ادغام دو سیاه چاله

نمونه های ستارگان پر جرمتر ابتدا با توجه به تششعات فعال کهکشانی و کوازارها به وسیله ی رادیو نجومی در سال 1960 کشف شد. تبدیل مقدار کافی جرم به انرژی توسط اصطکاک در دیسک های به هم پیوسته ی سیاه چاله می تواند تنها توضیحی برای تولید مقدار زیادی انرژی توسط این اجسام باشد. در واقع مقدمه این نظریه در سال 1970 یک مخالفت عمده - کوازارها کهکشان هایی دور هستند یعنی هیچ دستگاه فیزیکی قادر به تولید چنین انرژی نیست -را رفع کرد.

بر طبق مشاهدات ستاره های محرک به دور مرکز کهکشان در سال 1980 اکنون این باور وجود دارد که در اکثر مراکز کهکشان ها همچنین کهکشان راه شیری ما سیاه چاله وجود دارد. به طور عمده اکنون مورد قبول است که  صورت فلکی قوس 1 ( (Sagittarius A*  در مرکز کهکشان راه شیری مکان یک سیاه چاله پر جرم است. مدارهای (ستاره ای) ستارگانی که در فاصله ی حدود 3 یا 4 آ. یو ( AU = Astronomical Unit ) از Sagittarius A قرار دارند، عدم وجود هر گونه جسم به جز یک سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری را تایید میکند که ما را بر این گمان میدارد که قوانین استاندارد کنونی فیزیک صحیح میباشند.

 تابش های خارج شده توسط کهکشان M87 در این تصویر گمان این را می برد که بر اثر یک سیاه چاله پر جرم در مرکز کهکشان بوجود آمده است.

این تصویر نشان می دهد که ممکن است در مرکز تمام کهکشان ها یک سیاه چاله پر جرم وجود داشته باشد و این سیاه چاله منتشر کننده مقدار عظیمی امواج گاز و غبار را در مرکز کهکشان یکپارچه کرده است. – تا زمانی که تمام جرم فرو برده شود و این عمل پایان یابد. این تصویر به زیبایی نشان می دهد که چرا هیچ کوازاری وجود ندارد.

هر چنر که جزئیات به خوبی مشخص نیست گمان می رود که رشد سیاه چاله به رشد کره ای که سیاه چاله در آن وجود دارد - کهکشان بیضوی یا برآمدگی کهکشان مارپیچی- ارتباط دارد.

در سال 2002 تلسکوپ هابل شواهدی از وجود یک سیاه چاله با جرم متوسط در خوشه های کروی M15 و G1 بدست آورد . این شواهد برای سیاه چاله ها از سرعت مداری ستاره های خوشه های کروی بدست آمد هر چند گروهی از ستارگان نوترونی هم چنین شواهدی را موجب می شوند.

اکتشافات کنونی :

در سال 2004 منجمان 31 نمونه برای سیاه چاله های پر جرم با مطالعه کوازارهای تاریک بدست آوردند. رهبر گروه بیان داشت که این مقدار 2 تا 5 برابر تعداد سیاه چاله های پیش بینی شده بود.

در جون سال 2004 منجمان یک سیاه چاله پر جرم را با نام Q0906+6930 در مرکز کهکشانی در فاصله 12.7 بیلیون سال نوری از ما کشف کردند. این مشاهده نشان دهنده سرعت تشکیل سیاه چاله های پر جرم را در اوایل خلقت بیان داشت.

در نوامبر سال 2004 گروهی از منجمان اکتشاف اولین سیاه چاله با جرم متوسط را در مرکز کهکشان ما بیان داشتند. این سیاه چاله در فاصله 3 سال نوری از صورت فلکی قوس 1 ( (Sagittarius A* قرار داشت. این سیاه چاله با  جرمی معادل 1300 خورشیدکه در خوشه ای با هفت ستاره قرار داشت احتمالا بقایای یک ستاره پر جرم خوشه ای است که به وسیله مرکز کهکشانی جداسازی شده است. این مشاهدات می تواند تائید کننده این عقیده باشد که سیاه چاله های پرجرم توسط جذب و بلعیدن سیاه چاله های کوچک تر و ستارگان نزدیک به آن ها رشد می کنند.

در فوریه سال 2005 یک ستاره آبی رنگ بزرگ با نام SDSS J090745.0+24507  در حالی کشف شد که کهکشان راه شیری را با دو برابر سرعت گریز ( 0.0022 برابر سرعت نور ) ترک می کند. مسیر این ستاره ممکن است مرکز کهکشان را در پی داشته باشد. سرعت بالای این ستاره نظریه ی وجود سیاه چاله پر جرم را در مرکز کهکشان تائید می کند.

شکل میکروسیاه چاله ها در شتاب دهنده های کوچک به طور تجربی نه به طور قطعی انتشار یافته است. مدت طولانی است که نمونه ای برای نخستین سیاه چاله مشاهده نشده است.

ویژگی ها و نظریات:

سیاهچاله ها به مفهوم نظریه ی عام نسبیت  در انحنای فضا-زمان نیاز دارند. ویژگی برجسته آن ها بر اساس انحنای هندسی فضای اطراف آن ها بنا شده است.

افق رویداد :

سطح سیاه چاله با نام افق رویداد که پوسته ای خیالی در اطراف جرم سیاه چاله است ، شناخته می شود.  استفان هاوکینگ اثبات کرد که توپولوژی افق رویداد یک سیاه چاله غیز چرخان یک کره است. در افق رویداد سرعت گریز معادل سرعت نور است. از این گذشته هر چیزی حتی یک فوتون به علت وجود جاذبه شدید در درون افق رویداد یک سیاه چاله قادر به گریز از آن نیست. ذرات خارج از این محدوده می توانند به درون آن سقوط کنند ، از افق رویداد بگذرند و دیگر هرگز قادر به بیرون آمدن از آن نیستند.

از آنحایی که بینندگان خارجی به علت نسبیت عام کلاسیک قادر به کاوش درون سیاه چاله نیستند سیاه چاله ها کلا توسط سه پارامتر نشان داده می شوند : جرم ، تکانه زاویه ای و بار الکتریکی. این قوانین توسط جان ویلر در این جمله خلاصه شد: "سیاه چاله مو ندارد. " به این معنی که هیچ ویژگی به جز جرم ، تکانه زاویه ای و بار الکتریکی وجود ندارد که بتوان یک سیاه چاله را از دیگری تمیز داد .

انحنای فضا-زمان و چهارچوب مراجع:

اشیا در میدان های گرانشی کند شدن زمان – اتساع زمان -  را تجربه می کنند. این پدیده به طور تجربی در راکت اسکات در سال 1976 تحقیق شد و برای مثال در سیستم GPS محاسبه شد. در نزدیکیسیاهچاله افق رویداد اتساع زمان به سرعت رشد می کند. برای بینندگان دور حرکت جسم سقوط کننده کند می شود و به افق رویداد نزدیک می شود اما هیچ گاه به آن نمی رسد.  سرعت هیچ فوتون در حال گریزی کاهش نمی یابد یلکه تنها به قرمز میل می کند. از نظر چارچوب مرجع اجسام سقوط کننده جسم از افق رویداد می گذرد و در مدتی محدود به تکینگی مرکز سیاه چاله می رسد.

درون افق رویداد :

فضا-زمان در افق رویداد یک سیاه چاله غیر چرخان پر نشدهبه علت این که تکینگی سرانجام هر چیز است ، دارای ویژگی های عجیب است. ینابراین هر ذره ای بدون استثنا به طرف آن می رود ( پنروز و هاوکاینگ). این به این معنی است که یک اشتباه خیالی در مفهوم غیر نسبیتی سیاه چاله ها همان طوری که جان مایکل در سال 1783 پیشنهاد کرد وجود دارد. در نظریه ی مایکل سرعت گریز برابر سرعت نور است اما هنوز امکان بیرون کشیدن یک جسم با طناب از سیاه چاله وجود دارد. نظریه ی نسبیت عام این روزنه ها را از بین می برد زیرا وقتی جسمی درون افق رویداد قرار دارد خط زمانی آن در بر دارنده ی نقطه ای پایانی است که به خود زمان ختم میشود (یعنی اینکه خط زمانی آن در انتهای خودش دارای نقطه ای به نام زمان هست)، و هیچ یک از خط های جهان ممکن، قادر به بیرون آمدن از افق رویداد (سیاهچاله) نیستند.. یک نتیجه این است که خلبان یک راکت قوی که از افق رویداد عبور کرد و برای گریز از تکینگی تلاش می کند در چهارچوب خود سریع تر به آن می رسد زیرا کوتاهترین خط بین دو نقطه (راه غیر تکینگی) راهیی است که زمان مناسب را بیشینه می سازد.

همان طور که یک جسم به تکینگی می رسد به طور شعاعی به سمت سیاه چاله کشیده می شود و عمود بر این محور فشرده می شود.. این ویژگی که با نام رشته درست کردن (spaghettification )- قسمتی از جسم که نزدیک تر به تکینگی است تمایل بیشتری به آن دارد ( سبب کشیدگی در امتداد آن محورمی شود) و تمام قسمت های جسم در این جهت به تکینگی که تنها در جهت متوسط جسم و درامتداد محور آن جهت گیری می کند( سبب فشردگی در جهت محور می شود ) می رسد - شناخته می شود به علت نیروهای جزر و مدی بوجود می آید .

تکینگی:

در مرکز سیاه چاله ، در درون افق رویداد نسبیت عام حضور یک تکینگی ، مکانی که انحنای فضا-زمان و نیروی گرانشی نامحدود می شود  ، را پیش بینی می کند.

تغییر دیدگاه در مورد طبیعت درونی سیاه چاله توسط پالایش آینده یا فرماندهی نسبیت عام ( مخصوصا گرانش کووانتومی)مورد انتظار است. اکثر نظریه ها تفسیر می کنند که معادلات ریاضی تکینگی با نظریه های اخیر ناکامل است و باید ویژگی جدیدی وجود داشته باشد که به تکینگی نزدیک شود.

نظریه ی سانسور کیهانی اثبات می کند که تکینگی خالص در نسبیت عام وجود ندارد. این نظریه می گوید که هر تکینگی در یک افق رویداد قرار دارد و نمی تواند کاوش شود.

یک عقیده دیگر این است که تکینگی به علت انحنای حباب شکل موضعی در درون ستاره متلاشی شونده، وجود ندارد .

در حالی که به افق رویداد نزدیک می شویم شعاع از همگرا شدن می ایستد و موازی با افق قرار می گیرد و شروع به انشعاب یافتن در درون آن می کند. علت یک کرم چاله( از بیرون به درون) را در همسایگی افق- در حالی که افق گردنه آن است- به یاد می آورد .  

سیاه چاله های چرخان :

تصور هنرمند از سیاه چاله و همدم نزدیک به آن که یک ستاره چرخان است که حد شعاع مداری ستاره (Roche limit ) را افزایش می دهد. اجسام سقوط کننده یک دیسک به هم پیوسته را شکل می دهد که برخی از مواد از آن مانند تابش متقارن پر انرژی خارج می شود.

بر طبق نظریات افق رویداد یک سیاه چاله غیر چرخان یک کره است و تکینگی آن ( به طور غیر رسمی) یک نقطه است. اگر سیاه چاله حرکت مداری داشته باشد ( از ستاره ای در حال تلاشی که به دور خود می چرخد این خصوصیت را گرفته باشد) شروع به کشیدن فضا-زمان به دور افق رویداد -در طی پدیدهسیاهچاله کشیدن چهار چوب- می کند . این گردش فضا به دور افق رویداد را کره کار(ergosphere ) گویند و شکل بیضوی دارد. از آنجا که کره کار بیرون افق رویداد قرار دارد اشیا می توانند بدون سقوط در درون چاله وجود داشته باشند. هرچند که خود فضا-زمان درون کره کار حرکت می کند اشیا نمی توانند در جایی ثابت حضور داشته باشند. اشیایی که در کره کار وجود دارند میتوانند در برخی محیط ها با سرعت بالا به بیرون پرتاب شوند و انرژی ( و حرکت مداری) از چاله خارج کنند از این رو نام کره کار ( کره ی کار) به علت توانایی در انجام کار انتخاب شده است.

تکینگی درون یک سیاه چاله چرخان مانند یک حلقه است.برای بیننده امکان گریز از آن وجود دارد برای مثال پیشرفت در جهت محورهای سیاه چاله . هر چند گریز از افق رویداد یک سیاه چاله امکان پذیر نیست.

ترمودینامیک (آنتروپی) و تششعات هاوکینگ:

در سال 1971 استفان هاوکینگ نشان داد که کل فضای افق رویداد هیچ سیاه چاله کلاسیکی نمی تواند هیچ گاه کاهش یابد.این گفته مشابه قانون دوم ترمودینامیک است در حالی که فضا نقش متغیر ترمودینامیک ( آنتروپی ) را بازی می کند. کسی می تواند قانون دوم ترمودینامیک را توسط موادی که به سیاه چاله وارد شده و از جهان ما ناپدید می شود و آنتروپی کل جهان را کاهش می دهند ، نقض کند . از این گذشته جاکوب بکنستین وجود یک آنتروپی متناسب با افق رویداد  را برای سیاه چاله ها پیشنهاد کرد. از آن جایی که سیاه چاله ها واقعا تششع تابش نمی کنند دیدگاه ترمودینامیک آن تنها یک توافق است. هر چند در سال 1974 هاوکینگ نظریه ی مبدان کووانتومی را برای منحنی فضا-زمان به دور افق رویداد به کار برد و کشف کرد که سیاه چاله ها تششعات هاوکینگ ( نوعی تششع حرارتی) ساطع می کنند  با استفاده از قانون اول مکانیک سیاه چاله ها او به این نتیجه رسید که آنتروپی یک سیاه چاله یک چهارم فضای افق است. این یک نتیجه جهانی است و می تواند به سایر افق های کیهان شناسی مانند de Sitter space (در ریاضیات و فیزیک یکی از فضاهای n بعدی هست که به صورت dSn شناخته میشود. این فضا آنالوگی لورنتزی از یک n کره ای نیز هست.) هم اختصاص یابد. یعد ها پیشنهاد شد که سیاه چاله ها اشای ماکزیمم-آنتروپی هستند به این معنی که بالاترین آنتروپی مکانی از فضا اختصاص یه سیاه چاله ای دارد که در آن فضا می تواند قرار گیرد. این پیشنهاد منجر به قانون دست نویس (holographic principle) شد.

تابش های هاوکینگ تنها از بیرون افق رویداد سرچشمه می گیرد و به تازگی درک می شود همچنین این تابش ها هیچ اطلاعیی از درون خود نمی دهند زیرا که تابش هایی گرمایی هستند. این به این معنی است که سیاه چاله ها به طور کامل سیاه نیستند: این اثر نشان می دهد که جرم سیاه چاله با گذشت زمان تبخیر می شود. هر چند که این آثار برای سیاه چاله های نجومی ناچیز است برای سیاه چاله های فرضی خیلی کوچک که اثر مکانیک کووانتومی بر آن حاکم است ، پر معناست. در واقع پیش بینی می شود سیاه چاله های کوچک تبخیر گریزانی را تحمل می کنند و در تابش های متوالی نا پدید می شوند. از این رو سیاه چاله ای که نمی تواند جرم جدیدی را مصرف کند عمر محدودی متناسب با جرمش دارد .

یگانگی سیاه چاله :

یک سوال آزاد در فیزیک بنیادی پارادوکس از دست دادن اطلاعات یا پارادوکس یگانگی سیاه چاله است. به طور کلاسیکی، قانون های فیزیک همان چیزی است که  نشان داده میشود یا برعکس. برای این ، اگر اگر مکان و سرعت هر چیزی در فضا اندازه گیری می شد می توانستیم (بدون رعایت بی نظمی) تاریخچه جهان را در هر گذشته دلخواه کشف کنیم. در مکانیک کووانتومی این برابر است با خاصیت حیاتی با نام یگانگی که با محافظت احتمالات عمل می کند. البته سیاه چاله ها از این قانون مستثنی هستند . به علت فرضیه ی بدون مو نمی توانیم هیچ گاه پیش بینی کنیم چه چیزی وارد یک سیاه چاله شد. اطلاعات ظاهرا نابود شده است و راهی برای بازسازی مواد وارد شده به سیاه چاله وجود ندارد. این یکی از مهمترین مسائل تصوری حل نشده در جاذبه ی کووانتومی است.

در 21 جولای 2004 استفان هاوکینگ استدلال جدیدی را ارائه کرد که سیاه چاله ها سرانجام اطلاعاتی در مورد اشیای بلعیده شده توسط خود را یا برگرداندن مکان سابق اشیای تلف شده ساتع می کنند. او پیشنهاد کرد که انحراف کووانتومی افق رویداد که بعد ها تحت تاثیر تششعات هاوکینگ قرار می گیرد ، می تواند به اطلاعات اجازه خروج از سیاه چاله را بدهد. این نظریه تا اکنون توسط انجمن علمی بازبینی نشد و اگر پذیرفته می شد به معنی حل مسئله پارادوکس اطلاعاتی سیاه چاله بود . در ضمن این آگهی توجه بسیاری را در رسانه ها به خود اختصاص داد.

مدل های دیگر :

بسیاری از مدل های دیگر که رفتاری مانند سیاه چاله دارند اما تکینگی در آن ها وجود ندارد ، مورد گمان است. اما اکثر پژوهش گران بر غیر واقعی بودن این عقاید نظر دارند زیرا این عقاید در حین پیچیدگی مفهوم قابل مشاهده متاوتی از سیاه چاله ها بدست نمی دهند. نظریه ی متفاوت برتر نظریه ی گروستار(Gravastar) است.

در مارس 2005 فیزیک دان جرج چاپلین در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور ( Lawrence Livermore ) کالیفرنیا عدم وجود سیاه چاله را پیشنهاد کرد . وی اذعان داشت اشیایی که گمان می شد سیاه چاله هستند در واقع ستاره های با انرژی تاریکند. او این نتیجه را با تجزیه ی مکانیک کووانتومی بدست آورد. هر چند پیشنهاد اخیر وی حمایت اندکی در کمیته ی فیزیک بدست آورد به طور گسترده توسط رسانه ها گزارش شد.

در میان نمونه های دیگر خوشه های اجرام ابتدایی ( مانند ستاره های بوزونی  ، گلوله های فرمیونی ، خود جاذبه ای ، نوترینو های رو به زوال سنگین) و حتی خوشه های اجرام سبک ( کمتر از 0.04 برابر جرم خورشید) و سیاه چاله وجود دارد.


منبع:mohammad3001.blogfa.com