چطور میتوان کوه اورست را به اندازه یک اتم فشرده کرد؟!
بازار مقاله: دانشمندان می گویند فشرده شدن جسمی بزرگ به اندازه کوه اورست به قدر تنها یک اتم، کاری است که از دست سیاه چاله ها، حتی سیاه چاله های کوچک برمی آید.
به گزارش بازار مقاله به نقل از ایسنا، یکی از جالب ترین پیش بینی های نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین، وجود سیاه چاله ها است؛ اجرامی نجومی با میدان های گرانشی آن قدر قوی که حتی نور هم نمی تواند از آنها فرار کند.
وقتی سوخت یک ستاره ی به اندازه کافی پرجرم تمام می شود، منفجر می شود و هسته ی باقی مانده از آن فرو می پاشد و منجر به تشکیل یک سیاه چاله ستاره ای(با جرم سه تا ۱۰۰ جرم خورشیدی) می شود.
سیاه چاله های کلان جرم یا ابرسیاه چاله ها در مرکز بیشتر کهکشان ها وجود دارند. اینها بزرگترین نوع سیاه چاله ها هستند که میان صد هزار تا ۱۰ میلیارد برابر جرم خورشید ما جرم دارند.
تا حالا اخترشناسان موفق به ثبت تصاویری از دو ابرسیاه چاله شده اند که یکی در مرکز کهکشان M۸۷ و تازه ترین آن در کهکشان راه شیری موسوم به کمان ای*(Sagittarius A*) است.
کمان ای* یک منبع رادیویی نجومی درخشان و بسیار فشرده در مرکز کهکشان راه شیری است. تصور می شود که این جرم، یک سیاه چاله کلان جرم باشد. این جرم از نظر ظاهری در مرز صورت فلکی کمان و عقرب قرار دارد.
اما اعتقاد بر این است که نوع دیگری از سیاه چاله نیز وجود دارد که سیاه چاله اولین یا بدوی(PBHs) نام دارد. این سیاه چاله ها منشأ متفاوتی با سایر سیاه چاله ها دارند، برای اینکه در کیهان اولیه بوسیله فروپاشی گرانشی مناطق بسیار متراکم شکل گرفته اند.
سیاه چاله نخستین(Primordial black hole) که به اختصار PBH نامیده می شود، نوعی سیاه چاله فرضی است که بلافاصله بعد از انفجار بزرگ مه بانگ شکل گرفت. در کیهان اولیه، چگالی بالا و شرایط ناهمگن می توانست مناطقِ به اندازه کافی متراکم را به سمت رمبش گرانشی سوق و سیاه چاله ها را تشکیل دهد. یاکوف بوریسوویچ زلدوویچ و ایگور دمیتریویچ نوویکوف در سال ۱۹۶۶ برای نخستین بار وجود چنین سیاه چاله هایی را مطرح نمودند. نظریه پشت سرچشمه چنین سیاه چاله هایی برای نخستین بار توسط استیون هاوکینگ در سال ۱۹۷۱ به شکل عمیق مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. از آنجا که سیاه چاله های اولین از فروپاشی گرانشی ستاره ای تشکیل نشده اند، جرم آنها می تواند بسیار کمتر از جرم ستاره ای باشد(حدود ۲ ضرب در ۱۰ به توان ۳۰ کیلوگرم).
از نظر تئوری، این سیاه چاله های اولین می توانند هر جرمی داشته باشند و ممکنست اندازه آنها از یک ذره زیر اتمی تا چند صد کیلومتر متغیر باشد. به عنوان مثال، یک PBH با جرمی معادل کوه اورست می تواند تنها به اندازه یک اتم باشد.
این سیاه چاله های کوچک با سرعت بیشتری نسبت به همتایان عظیم خود جرم خودرا از دست می دهند و به اصطلاح تشعشعات هاوکینگ ساطع می کنند تا سرانجام تبخیر شوند.
تا به حال، ستاره شناسان قادر به رصد PBH نبوده اند. تحقیقات روی این مساله در حال انجام می باشد، برای اینکه فرض بر این است که این اجرام فوق فشرده ممکنست قسمتی از ماده تاریک کیهان باشند که مدتهاست در جستجوی آن هستند.
یک سناریوی جایگزین برای تشخیص سیاه چاله های اولیه به اندازه اتم در یک مقاله جدید که توسط پروفسور آیودانته و دکتر اسکار دل بارکو نوویلو از دانشکده فیزیک کاربردی دانشگاه زاراگوزا انجام شده، پیشنهاد شده است. در این پژوهش، سیگنال مشخصه برهمکنش یکی از این سیاه چاله های کوچک و یکی از متراکم ترین اجرام کیهان(ستاره نوترونی) مورد بررسی قرار گرفته است.
پیش از شروع این مدل اخترفیزیکی جدید، اجازه دهید حالا در مورد خاصیت های اصلی این ستارگان جذاب توضیح دهیم.
یکی از متراکم ترین اجرام کیهان
همانطور که قبلا اشاره شد، وقتی سوخت یک ستاره عظیم تمام می شود، منفجر می شود و هسته آن فرو می پاشد و در نتیجه سیاه چاله ای ستاره ای ایجاد می شود. باید اصرار کرد که در هر سناریویی اینطور نیست. برای مثال، اگر هسته درحال فروپاشی جرم کمتری از حدود سه جرم خورشیدی داشته باشد، یک ستاره نوترونی تشکیل می شود.
این اجرام، بسیار کوچک و بسیار متراکم هستند. به عنوان مثال، ستاره ای با جرم ۱.۵ جرم خورشیدی را در نظر بگیرید که در کره ای به قطر تنها ۲۰ کیلومتر فشرده شده است.
چگالی یک ستاره نوترونی بسیار زیاد است و تنها یک قاشق غذاخوری از مواد این ستاره، میلیونها تن وزن دارد.
جوان ترین ستارگان نوترونی متعلق به زیر کلاسی به نام تپ اخترها هستند که با سرعت بسیار بالایی می چرخند. این تپ اخترها تشعشعاتی را به شکل پرتوهای باریکی منتشر می کنند که بصورت دوره ای به زمین می رسند.
با گذشت زمان، این اجرام سرد می شوند و سرعت چرخش خودرا از دست می دهند و تشخیص آنها دشوار است، بنابراین است که تا حالا تنها پرانرژی ترین تپ اخترها مشاهده شده اند.
برهمکنش یک PBH به اندازه اتم با یک ستاره نوترونی
سیاه چاله های اولیه ممکنست در نواحی کهکشانی که غلظت ماده تاریک بطور قابل توجهی بالا است، قرار داشته باشند. بدین سبب آنها می توانند در جهان پرسه بزنند و با سرعت ها و جهات مختلف حرکت کنند و در نهایت با سایر اجرام نجومی مانند سیاه چاله ها یا ستاره های نوترونی تعامل داشته باشند.
از این نظر، یک PBH به اندازه یک اتم می تواند با یک ستاره نوترونی قدیمی که دمای آن بطور قابل توجهی پایین است و عملاً تمام سرعت چرخشی خودرا از دست داده است، روبرو شود. برمبنای پژوهش های اخیر، فراوانی این برخوردها در حدود ۲۰ رویداد در سال خواهد بود. با این حال، مشاهده بیشتر این فعل و انفعالات به علت وجود فواصل زیاد و دشواری جهت گیری مناسب از زمین دشوار خواهد بود.
دو سناریوی ممکن در نظر گرفته می شوند. اول، زمانی که PBH توسط ستاره نوترونی گرفته می شود و دوم زمانی که این سیاه چاله کوچک از فواصل دور وارد می شود، به اطراف ستاره نوترونی می چرخد و باردیگر به سمت بی نهایت(یک رویداد پراکنده) حرکت می کند و بسته به مدار خاص آن، یک سیگنال مشخصه و منحصر به فرد تولید می شود.
نوع خاصی از GRB
این انتشارات گذرا با انرژی بالا که مقدار زیادی انرژی بصورت پرتوهای بسیار باریک آزاد می شوند، از چند میلی ثانیه تا چند ساعت طول می کشند و منابع آنها میلیاردها سال نوری از زمین فاصله دارند.
GRBهای کوتاه تر به علت ادغام ستاره های نوترونی یا سیاه چاله ها ایجاد می شوند، در صورتیکه انفجارهای طولانی تر از مرگ ستارگان پرجرم(به اصطلاح ابرنواخترها) منشأ می گیرند.
در مورد خاص ما، GRB دارای مدت زمان حدود ۳۵ ثانیه ای با یک شرایط بسیار خاص است که آن، انتشار صاف و پایدار و بدنبال آن کاهش ناگهانی و سریع تنها در چند صدم ثانیه است.
حالا سوالی که مطرح می شود این است که آیا تشخیص PBH در اندازه اتمی یک کار غیرممکن است؟ باتوجه به پیچیدگی جستجوی چنین سیاه چاله های کوچکی، پاسخ به این پرسش آسان نیست.
با این حال، اگر چنین GRB خاصی توسط تلسکوپ های مدرن شناسایی و اندازه گیری شود و با امضای خاص گزارش شده در این پژوهش مطابقت داشته باشد، می توان استدلال کرد که یک برهمکنش باستانی PBH با ستاره نوترونی در اوایل کیهان رخ داده است.
به عبارت دیگر، شواهد تجربی از چنین سیاه چاله های اولیه کم جرم، یکی از پیش بینی های بنیادی استیون هاوکینگ را مطرح می کند.
البته این کار آسانی نخواهد بود، چونکه شاید چنین GRBهایی هیچ گاه پیدا نشوند، اما ما نمی توانیم چنین احتمالی را کاملاً رد نماییم. در نهایت فقط زمان مشخص خواهدنمود که چه می شود.
منبع: marketdoc.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب