سیاهچالهها از مرموزترین اجرام موجود در کیهان محسوب میشوند. این پدیدههای فضایی میتوانند فضا و زمان را خم کنند، به برخی از درخشانترین اجرام رصدشده در جهان انرژی بدهند و حتی امواجی را در بافت فضا-زمان ایجاد کنند که دانشمندان روی زمین موفق به شناسایی آنها شدهاند. هرچند سیاهچالهها برای مدتی طولانی موضوع داستانهای علمیتخیلی بودهاند، اما رصدخانههای مدرن توانستهاند آنها را از پیشبینیهای نظری محض، به آزمایشگاههای کیهانی قابل مشاهده تبدیل کنند.
در ادامه به بررسی ۷ واقعیت جذاب میپردازیم که نشان میدهند چرا سیاهچالهها همچنان درک ما از جهان هستی را به چالش میکشند.
حلقه نارنجیرنگ و مشهوری که در سال ۲۰۱۹ منتشر شد، توسط یک تلسکوپ واحد ثبت نشده بود. در عوض، «تلسکوپ افق رویداد» رصدخانههای رادیویی سراسر جهان را با استفاده از تکنیکی به نام «تداخلسنجی خط پایه بسیار بلند» به یکدیگر متصل کرد و در عمل یک تلسکوپ مجازی به اندازه کره زمین به وجود آورد.
با این دستاورد بیسابقه، دانشمندان توانستند از سایه سیاهچاله M87* و سپس از Sagittarius A در مرکز کهکشان راه شیری تصویربرداری کنند. این تلسکوپ بهجای عکسبرداری از خود سیاهچاله، مواد درخشانی را که در خارج از افق رویداد آن درحال چرخش هستند، ثبت کرد.
خود سیاهچالهها هیچ نوری ندارند، اما موادی که به درون آنها سقوط میکنند اغلب نور ساطع میکنند. گازها و غبارهایی که به صورت مارپیچی به سمت داخل حرکت میکنند، یک «قرص برافزایشی» (دیسکی از گاز و ماده که به دور یک جرم سنگین میچرخد و به دلیل اصطکاک شدید داغ میشود) را تشکیل میدهند که دمای آن میتواند به میلیونها درجه برسد و پیش از عبور از افق رویداد، مقادیر عظیمی از تشعشعات را منتشر کند.
در سیاهچالههای ابرپرجرم، این دیسکها میتوانند انرژی «اختروشها» (هستههای کهکشانی بسیار درخشان و فعال) را تأمین کنند؛ اجرامی چنان نورانی که میتوانند از کل کهکشانهای حاوی صدها میلیارد ستاره نیز درخشانتر باشند.
از آنجایی که سیاهچالهها هیچ نور مرئی ساطع نمیکنند، اخترشناسان برای یافتن آنها به روشهای غیرمستقیم متکی هستند. آنها میتوانند ستارههایی را که درحال چرخش به دور یک جرم نامرئی هستند مشاهده کنند، اشعههای ایکس شدیدی را که از گازهای داغ ساطع میشوند تشخیص دهند، یا امواج گرانشی ایجادشده در اثر برخورد سیاهچالهها را اندازهگیری کنند.
این تکنیکهای مکمل، وجود هزاران نامزد سیاهچاله را در سراسر جهان آشکار کردهاند و روند کشف موارد جدید همچنان ادامه دارد. اخترشناسی مدرن اغلب سیاهچالهها را از طریق مطالعه تأثیرات آنها بر محیط اطرافشان شناسایی میکند، نه از طریق خود این اجرام.
هرچند هیچ چیز نمیتواند از داخل افق رویداد یک سیاهچاله فرار کند، اما رفتار مواد در بیرون از این مرز بسیار متفاوت است. همانطور که گازها به سمت داخل کشیده میشوند، میدانهای مغناطیسی قدرتمند میتوانند بخشی از آن مواد را به کانالهایی تبدیل کنند که در قالب فورانهای پلاسمایی پرسرعت با سرعتی نزدیک به نور از سیاهچاله به بیرون پرتاب میشوند.
این فورانها میتوانند به اندازه صدها هزار یا حتی میلیونها سال نوری امتداد داشته باشند و ابعادی بزرگتر از کهکشانهای میزبان خود پیدا کنند. اخترشناسان هنوز درحال مطالعه چگونگی تشکیل دقیق این فورانها هستند، اما آنها همچنان به عنوان یکی از پرانرژیترین و تماشاییترین پدیدههای جهان باقی ماندهاند.
سیاهچالهها فقط بهطرز شگفتانگیزی پرجرم نیستند، بلکه میتوانند با سرعت حیرتآوری نیز بچرخند. آنها با انباشت گاز، غبار یا حتی ادغام با سیاهچالههای دیگر، تکانه زاویهای به دست میآورند و شروع به چرخش میکنند. اخترشناسان تخمین میزنند که برخی از سیاهچالههای ابرپرجرم با سرعتی نزدیک به حداکثر سرعت مجاز در نظریه «نسبیت عام» آلبرت اینشتین میچرخند.
این چرخش سریع میتواند فضا-زمانِ اطراف سیاهچاله را به همراه خود بکشد؛ پدیدهای که به عنوان «کشش چارچوب» (Frame Dragging) شناخته میشود و همچنین ممکن است به تأمین انرژی جتهای نسبیتی عظیمی که در کهکشانهای فعال دیده میشوند، کمک کند.
فرهنگ عامه اغلب سیاهچالهها را به عنوان جاروبرقیهای کیهانی تصور میکند. اما در واقعیت، بسیاری از آنها دورههای طولانی را در حالت آرام سپری میکنند و مقدار بسیار کمی از مواد به درونشنان سقوط میکند.
سیاهچاله ابرپرجرم کهکشان خودمان، یعنی کمان ای*، نمونه خوبی از این دست است. این جرم امروزه در مقایسه با سیاهچالههای فعالی که انرژی اختروشهای درخشان را تأمین میکنند، ماده نسبتاً کمی مصرف میکند. تاریک یا خیرهکننده به نظر رسیدن یک سیاهچاله، تا حد زیادی به میزان گاز و غباری که آن را احاطه کرده است بستگی دارد، نه به خود سیاهچاله.
سیاهچالهها ممکن است ابدی به نظر برسند، اما فیزیکدان معروف، «استیون هاوکینگ» اینطور مطرح کرده که آنها به آرامی و با انتشار چیزی که اکنون به عنوان «تابش هاوکینگ» (تشعشعات حرارتی فرضی ناشی از اثرات کوانتومی در لبه افق رویداد) شناخته میشود، انرژی خود را از دست میدهند.
در مقیاسهای زمانی بسیار طولانی و غیرقابل تصور، این فرایند میتواند باعث تبخیر کامل سیاهچالهها شود. بااینحال، برای سیاهچالههای با جرم ستارهای، این فرایند میلیاردها میلیارد برابر طولانیتر از سن کنونی جهان خواهد بود. هرچند تابش هاوکینگ هنوز به صورت مستقیم رصد نشده است، اما بهعنوان یکی از تأثیرگذارترین ایدهها در فیزیک نظری مدرن باقی مانده است.
