زحل

saturn

زحل دومين سياره بزرگ منظومه شمسی است . زحل هم مانند مشتری به جای سنگهای سخت از گاز تشکيل شده است و با توجه به اندازه اش، تند می چرخد . فقط تقريباً 10ساعت و 15 دقيقه طول می کشد که اين سياره يک بار به دور محور خود بچرخد . يکی از نتايج چنين چرخش سريعی، فرورفتگی در قطبهای آن است؛ درست مانند قطبهای هر سياره گازی ديگری که تند بچرخد. دومين نتيجه، وزش بادهای بسيار شديد در سطح آن است . در منطقه استوای زحل،بادها در همان جهت چرخش سياره می وزند، در  حالی که در مناطق نزديک قطبها، جهت وزش باد عکس  جهت چرخش زحل است . جو زحل در فاصله بين اين دو  کمربند، آشفته و به طوفانی خشن تبديل می شود و  سرعت باد اغلب به 1800 کيلومتر در ساعت می رسد .

زحل سياره ای حلقه دار و صاحب اقمار است . اين حلقه ها  از تعداد زِيادی قطعات کوچک يخ و سنگ تشکيل شده  است . هرچند که اکنون هفت حلقه مختلف در اطراف زحل  تشخيص داده شده است، اما در مورد منشأ اين حلقه ها هنوز نظر واحدی به دست نيامده است .

فضا آزماهای ويه جر نه تنها اطلاعات بيشتری درباره حلقه های زحل به دست آورده اند، بلکه قمرهای ديگری را نيز کشف کرده اند . تاکنون حداقل 21 قمر کشف شده است که کمتر از نصف آنها را می توان با تلسکوپ مشاهده کرد . برخی قمرهای تازه کشف شده بسيار کوچکند و بعضی فقط 30 کيلومتر قطر دارند . ساير قمرها بسيار بزرگند . مثلاً تايتان که دومين قمر بزرگ منظومه شمسی است، 5100 کيلومتر قطر دارد و فقط گانيمد، يعنی قمر غول پيکر مشتری از آن بزرگتر است.   

---

روز نجوم

روز نجوم مبارک !

 

به مناسبت روز نجوم، جمعه مورخ 15/2/85 درمرکز علوم و ستاره شناسی تهران برنامه ی ویژه ای برگزار می گردد.

علاقه مندان می توانند از ساعت 16-22 با مراجعه به مرکزفوق از این برنامه ی ویژه لذت ببرند.

 

 

میدان تجریش – میدان قدس – خیابان عمار – کوچه عرفات – مرکز علوم و ستاره شناسی تهران  

زندگی ستاره

نگاه اجمالی

سراسر زندگی ستاره به یک میدان نبرد شبیه است. نیروی گرانش سعی دارد که ستاره را منقبض و خرد کند، ولی با مقاومت فشار رو به بیرون ماده ستاره روبرو می‌شود، اما سرانجام ستاره تحلیل می‌رود. گرانش کنترل را بدست می‌گیرد و ستاره شکل کاملا متفاوتی با ستاره‌ای معمولی و سالم مانند خورشید به خود می‌گیرد. حتی اگر جرم ستاره بسیار زیاد باشد، ممکن است با تبدیل به یک سیاهچاله در اعماق فضا ناپدید شود.

گرانش یک ستاره

نیروی گرانش ، همواره جذب می‌کند و مایل است که ذرات ماده را همیشه به هم نزدیکتر سازد. ما به این سبب وزن داریم که جرم زمین جرم بدن ما را به طرف خود می‌کشد و در نتیجه نیروی گرانشی هر یک از اتمهای بدن ما ، اتمهای دیگر را به طرف خود می‌کشد. از آنجا که جرم یک ستاره معمولی بسیار زیاد است و حتی ممکن است یک میلیون بار بیشتر از جرم زمین باشد، گرانش درونی آن نیز بسیار شدید است.

لحظه‌ای اعماق خورشید را مجسم کنید، فشار آن در یک دهمی فاصله سطح تا هسته تقریبا یک میلیون بار بیشتر از فشار جو در سطح زمین است. در این فاصله ، فشار با مقاومت گازهای داغ درون خورشید روبرو می‌شوند، هنگامی که آتش هسته‌ای رو به کاهش می‌گذارد، گاز ستاره سرد می‌شود و بعد گرانش به نیروی مسلط تبدیل می‌شود. آنچه در این مرحله روی می‌دهد، به جرم ستاره بستگی دارد.

مراحل مرگ ستاره

ستاره‌ای رو به مرگ ، مانند خورشید در هم فرو می‌رود تا به اندازه زمین برسد. در این روند هیچ انفجار واقعی و قابل توجهی رخ نمی‌دهد. ستاره فقط به توده‌ای از خاکستر رادیواکتیو تنزل می‌کند و به آرامی سوسو می‌زند. در این مرحله ، ستاره به یک کوتوله سفید تبدیل می‌شود. یک فنجان از ماده آن یک صد تن وزن دارد.

ستاره نوترونی

اگر جرم ستاره‌ای بسیار بیشتر از خورشید باشد، فشار فرو ریزش مرحله کوتوله سفید را نیز پشت سر می‌گزارد و متوقف نمی‌شود، آن قدر فرو ریزش ادامه می‌یابد که قطر ستاره به حدود ده کیلومتر می‌رسد. در این نقطه ستاره گلوله‌ای است چگال از ذرات هسته‌ای که آن را ستاره نوترونی می‌نامند. یک فنجان از ماده آن یک میلیون میلیون تن وزن دارد. برخی از ستارگان نوترونی به سرعت می‌چرخند و در هر بار چرخش تابشهایی در طول موج رادیویی گسیل می‌کنند، این گونه ستاره‌های نوترونی ، تپ اختر (پولسار) نام دارد. در قلب سحابی خرچنگ ، تپ اختری وجود دارد که سی بار به دور خود می‌چرخد.

مرگ ستاره نوترونی

یک ستاره نوترونی بدون وقوع یک انفجار شدید اولیه شکل نمی‌گیرد. ستاره رو به مرگ ممکن است در چند ثانیه آخر حیات خود به‌صورت یک ابرنواختر شعله‌ور شود. درخشش آن چند روز از تمام کهکشانها پیشی می‌گیرد. از بخش مرکزی ابرنواختر ، یک ستاره نوترونی پدید می‌آید. جرم ستارگان نوترونی نمی‌تواند بیشتر از دو برابر جرم خورشید باشد.

یک ستاره رو به مرگ مثلا با جرم ده برابر جرم خورشید ، چنان زیر بار گرانش تولید شده قرار می‌گیرد که هیچ نیرویی نمی‌تواند در برابر فرو ریزش آن مقاومت کند. وقتی که چنین ستاره‌ای منقبض می‌شود (رمبش ستاره)، به اندازه حدود دو کیلومتر می‌رسد، گرانش به حدی زیاد می‌شود که سرعت گریز از سطح آن به بیشتر از سرعت نور می‌رسد.

سیاهچاله‌ها

هیچ چیز ، از موشک گرفته تا ذرات نور و علائم رادیویی نمی‌توانند از سطح ستاره منقبض شده ، بگریزند. این گرانش به قدری نیرومند است که همه چیز را به طرف خود می‌کشد. ما فقط می‌دانیم که در این حالت ، ستاره به یک سیاهچاله تبدیل می‌شود. سیاهچاله را نمی‌توان دید، زیرا نور نمی‌تواند آن را ترک کند. جرم سیاهچاله‌ها پیوسته مواد دیگر را به طرف خود می‌کشد و به این ترتیب است که نمی‌توان آنها را آشکار کرد. چون سیاهچاله به دور ستاره دیگر می‌گردد، اثر شدیدی بوجود می‌آورد.

تلسکوپهای پرتو ایکس ، عملا تابشهایی از گاز در حال ریزش به سیاهچاله‌ها را آشکار کرده‌اند. گرچه کشش گرانش آنها محسوس است، ولی هنگامی که ماده‌ای به درون یکی از گردابهایی کیهانی سقوط می‌کند، گویی از جهان ناپدید می‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان

• ابرنواختر
• انبساط ابرکهکشان
• پولسار
• تلسکوپ اشعه ایکس
• تحولات ستاره
• تولد ستاره
• رمبش ستاره
• زندگی ستاره
• ستاره
• ستاره نوترونی
• سیاهچاله
• غول ستاره‌ای
• کهکشان
• کهکشان انفجاری
• گرداب کیهانی
• گورستان ستارگان

خبرهای علمی

ماموريت مريخ نوردهای ناسا تمديد شد       

ماموريت دو مريخ نورد آژانس فضايی آمريکا، ناسا، که هم اکنون سرگرم اکتشاف سياره سرخ هستند، برای مدت هفت ماه تمديد شده است.
دکتر فيروز نادری، مدير بخش اکتشافات منظومه شمسی در آزمايشگاه رانش جت (جی پی ال) در کاليفرنيا به بی بی سی گفت که تمديد دوره ماموريت دو مريخ نورد به توصيه او انجام شده است.

ماموريت اسپيريت و آپورچونيتی ابتدا قرار بود 90 روز مريخی به طول انجامد.

اما ناسا در ماه آوريل اعلام کرد که ماموريت آنها را تا ماه سپتامبر تمديد می کند. اکنون ماموريت آنها برای بار دوم، اين بار به مدت هفت ماه، تمديد شده است.

هرچند ستاد مرکزی ناسا گفته است که اين پروژه کمک مالی تازه ای دريافت نخواهد کرد، اما دکتر نادری که مديريت دخل و خرج کاوشگرها را به عهده دارد، می گويد که منابع مورد نياز از ساير بخش های سازمان تامين خواهد شد.

خبرهای خوب و بد

او در يک کنفرانس اکتشافات فضايی در پاريس گفت: "ما در طول دوره اول ماموريت، ماهانه پنج ميليون دلار خرج می کرديم و در جريان نخستين دوره تمديد ماموريت، ماهانه تقريبا 3 ميليون دلار هزينه داشتيم. شايد بتوانيم چند صد هزار دلار ديگر از هزينه آن بکاهيم."

او افزود که تمديد دوره ماموريت کاوشگرها هم يک خبر خوب و هم يک خبر بد به شمار می آيد.

آقای نادری گفت: "خبر خوب اينکه کاوشگرها بيش از انتظار ما دوام آورده اند. خبر بد اينکه برای ماموريتی که اينقدر طول بکشد برنامه ريزی نکرده بوديم، به همين دليل بايد از ساير برنامه ها بزنيم تا منابع مالی مورد نياز تامين شود."

مريخ نورد آپورچونيتی هم اکنون تا حدود 12 متری داخل حفره "سرسختی" که قطر آن 130 متر است پيش رفته است. اين حفره در منطقه "مريديانی پلانوم" قرار دارد.

اين کاوشگر تا زمانی که شيب سطحی که روی آن حرکت می کند به 30 درجه برسد به حرکت خود ادامه خواهد داد. پيشروی از آن پس ممکن نيست چرا که دانشمندان تصور می کنند در آن صورت بازگشت به خارج از حفره برای کاوشگر دشوار خواهد بود.

جهانهای موازی

جهان هاي موازي
آيا نسخه دومي از شما ، يك رونوشت از خود شما وجوددارد كه همين الان مشغول خواندن اين مقاله باشد؟

آيا شخصي ديگر با اينكه شما نيست، روي سياره اي به نام زمين با كوه هاي مه گرفته ، مزارع حاصل خيز و شهرهاي بي در و پيكر در منظومه خورشيدي كه هشت سياره ديگر نيز دارد، زندگي مي كند؟

آيا زندگي اين شخص از هر لحاظ درست عين زندگي شما بوده است؟

اگر جوابتان مثبت است ، شايد در اين لحظه او تصميم بگيرد اين مقاله را تا همين جا رها كند در حالي كه شما به خواندن مقاله تا انتها ادامه خواهيد داد.

نظريه جهان هاي موازي

انديشه وجود يك خود ديگر نظير آنچه كه در بالا شرح آن رفت عجيب و غير معقول به نظر مي رسد، اما آنگونه كه از قرائن بر مي آيد انگار مجبوريم آن را بپذيريم. زيرا مشاهدات نجومي از اين انديشه غير مادي پشتيباني مي كنند. بنابر اين پيش بيني ساده ترين و پر طرافدار ترين الگوي كيهان شناسي كه امروزه وجود دارد، اين است كه هر يك از ما يك جفت (همزاد) داريم كه در كهكشاني كه حدود 280 ^ 10 متر دورتر از زمين قراردارد، زندگي مي كنند .

اين مسافت آنچنان زياد است كه بطور كامل خارج از هر گونه امكان بررسي هاي نجومي است اما اين امر واقعيت وجود نسخه دوم ما را كمرنگ نمي كند. اين مسافت بر اساس نظريه احتمالات مقدماتي برآورده شده و حتي فرضيات خيالپردازانه فيزيك نوين را نيز در بر نگرفته است .

فضاي بيكران

اينكه فضا بيكران است و تقريبا بطور يكنواخت از ماده انباشته شده است، چيزي كه مشاهدات هم آن را تأييد مي كنند. در فضاي بي كران حتي غير محتمل ترين رويدادها نيز بالاخره در جايي ، اتفاق خواهند افتاد.

در اين فضا ، بينهايت سياره مسكوني ديگر وجود دارد، كه نه تنها يكي بلكه تعداد بيشماري از آنها مردماني دارند كه شكل ظاهري ، نام و خاطرات آنها دقيقا همان هاست كه ما داريم. به ساكناني كه تمامي حالت هاي ممكن ار گزينه هاي موجود در زندگي ما را تجربه مي كنند. من و شما احتمالا هرگز "خود" هاي ديگران را نخواهيم ديد .

وسعت عالم

دورترين فاصله اي كه ما قادر به ديدن آن هستيم، مسافتي است كه نور در مدت 14 ميليارد سال كه از انفجار بزرگ و آغاز انبساط عالم سپري شده است، طي مي كند. دورترين اجرام مرئي هم اكنون حدود 26^10×4 متر دور تر از زمين قرار دارند. اين فاصله كه عالم قابل مشاهده توسط ما را تعريف مي كند.

به طور مشابه ، عالم هاي خود هاي ديگر ما كراتي هستند به همين اندازه ، كه مركزشان روي سياره محل سكونت آنهاست. چنين تركيبي ساده ترين و سر راست ترين نمونه از جهان هاي موازي است. هر جهان تنها بخشي كوچك از "جهان چند گانه" بزرگتر است.

جدال فيزيك و متا فيزيك

با اين تعريف از جهان ممكن است شما تصور كنيد كه مفهوم جهان چند گانه تا ابد در محدوده قلمرو متا فيزيك باقي خواهد ماند. اما بايد توجه داشت كه مرز ميان فيزيك و متا فيزيك را اين مسأله كه يك نظريه از لحاظ تجربه قابل آزمون است، يا خير تعيين مي كند نه اين موضوع كه فلان نظريه شامل انديشه هاي غريب و ماهيت هاي غير قابل مشاهده است .

مرز هاي فيزيك به تدريج با گذر زمان فراتر رفته و اكنون مفاهيمي است بسيار انتزاعي تر نظير زمين كروي ، ميدان الكترو مغناطيسي نامرئي ، كند شدن گذر زمان در شرعتهاي بالا ، برهم نهي كوانتومي ، فضاي خميده و سياهچاله ها را در بر گرفته است. طي چند سال گذشته مفهوم جهان چند گانه نيز به اين فهرست اضافه شده است .

پايه اين انديشه بر نظرياتي است كه امتحان خو را به خوبي پس داده اند. نظرياتي همچون نسبيت و نظريه مكانيك كوانتومي ، افزون بر آن به دو قاعده اساسي علوم تجربي نيز وفادار است. كه پيش بيني مي كنند و مي توانند آن را دستكاري نمايند .

انواع جهان هاي موازي

دانشمندان تاكنون چهار نوع جهان موازي متفاوت را تشريح كرده اند. هم اكنون پرسش كليدي وجود يا عدم جهان چند گانه نيست ، بلكه سوال بر سر تعداد سطوحي است كه چنين جهان مي توان داشته باشد .

يكي از نتايج متعدد مشاهدات كيهان شناسي اخير اين بوده است كه جهان هاي موازي ديگر مفهومي خيالپردازانه و انتزاعي صرف نيست. به نظر مي رسد كه اندازه فضا بينهايت است. اگر اين گونه باشد، بالاخره در جايي از اين فضا هر چيزي كه امكان پذير باشد واقعيت خواهد يافت. اصلاً مهم نيست كه امكان پذيري آن تا چه حد نامتحمل است

فراسوي محدوده ديد تلسكوپ هاي ما ، نواحي ديگري از فضا كاملا شبيه آنچه كه پيرامون ماست وجود دارند آن نواحي يكي از انواع جهان هاي موازي هستند. دانشمندان حتي مي توانند محاسبه كنند كه اين جهان ها بطور متوسط چقدر با ما فاصله دارند و مهم تر از همه اينكه تمامي اينها فيزيك حقيقي و واقعي است .

زماني كه كيهان شناسان با نظرياتي روبرو مي شوند كه از استحكام لازم برخوردار نيستند، نتيجه مي گيرند كه جهان هاي ديگر مي توانند ويژگيها و قوانين فيزيكي كاملا متفاوتي داشته باشند. وجود اين جهان ها بسياري از جنبه هاي پرسش بنيادي در خصوص ماهيت زمان و قابل درك بودن جهان فيزيكي را پاسخ داد.

 

اطلاعاتی درباره ستاره و سیاهچاله

جهان حفره ها

سياهچاله ، اين اجرام نادر و عجيب ، را مي توان نتيجه ي تفكرات جوان باهوش آلماني كه در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئيس مشغول به كار بود دانست . آلبرت اينشتن در سال 1919 تئوري نسبيت عام خود را كه انقلابي عظيم در فيزيك نوين بود را ارائه كرد . آلبرت اينشتن پي برده بود كه جهان اساسا" در مكان هاي متفاوت نسبت به قوانين نيوتن قابل توضيح نيست . او گفت كه سه بعد از فضا نمي توانند به صورت مجزا از بعد چهارم يعني زمان باشند . او گفت كه اين ها با هم پيوسته هستند و آنها فضا – زمان ناميد . اين ساختار همانند يك ساختار نامرئي است كه در واقع وجود دارد . او گفت كه فضا نمي تواند مطلق باشد ، بلكه پيوسته است . اين بافت فضا زماني مي تواند خميده شود و يا اينكه پيچ و تاب پيدا كند .

اين بافت كه مي تواند جالب باشد فقط در صورتي مي تواند مسطح و صاف باشد كه هيچ چيز در روي آن وجود نداشته باشد . اگر جسمي جرم دار در روي آن وجود داشته باشد گرانش نيز وجود دارد ؛ و هر جا كه گرانش وجود داشته باشد اين بافت فضا – زمان خميده مي شود . اين خميدگي اين بافت براي اجرام حكم مي كند كه چگونه حركت كنند ، در واقع مي گويد كه گرداگرد اين فضا – زمان خميده به سير و سفر بپردازند . همانطور كه در بخش گرانش گفتيم گرانش در تئوري نسبيت عام اثر هندسي جرم بر فضا ي اطراف خود است . اگر بخواهيم كمي ساده تر توضيح دهيم همين خميدگي عامل ايجاد گرانش است .

اينشتين براي تصور اين واقعيت فرض كرد كه كاغذي دارد و آن كاغذ را ساختار فضا – زمان فرض كرد . او جسمي سنگين را در روي آن ماغذ قرار داد ( آن جسم را خورشيد در نظر گرفت ) و ديد كه در ساختار كاغذ خميدگي و فرو رفتگي ايجاد شده است . او گفت كه اين فضا زمان خميده گرانشي توليد مي كند كه هرچه اين خميدگي بيشتر باشد گرانش نيز قوي تر خواهد بود . سرانجام در جهان اجرامي وجود دارند كه اين خميدگي را به نهايت خود مي رسانند و تمام مسيرها را به سوي خود خم مي كنند و اين اجرام حقيقتا" سياهچاله هاي كيهاني هستند .

تولد ستاره

براي فهم مقياس بزرگ در جهان ما بايد به مقياس هاي بسيار كوچك را درك كنيم . با باز كردن زندگي يك ستاره ما مي توانيم زاده شدن يك سياهچاله را به خوبي درك كنيم .

ستاره ها زماني پديد مي آيند كه ابري فوق العاده بزرگ از غبارهاي كيهاني و هيدروژن در زير بار گرانش خود فشرده شوند . در اين صورت گرانش به همراه افزايش چگالي فزوني مي يابد و بدين ترتيب فضا – زمان خميده و خميده تر مي شود . پس مدتي گاز هيروژن در هسته متراكم مي شود و در اين تراكم شديد اتم ها با يك ديگر برخورد مي كنند و دماي آن ها رفته رفته افزايش مي يابد . زماني كه دماي هسته به 10 ميليون درجه رسيد ، پروتون هاي هيدروژن در پي واكنش هاي زنجيره اي هم جوشي هسته اي به هليوم تبديل مي شوند . در هنگام اين واكنش ها مقداري از جرم نا پديد مي شود كه تبديل به انرژي و امواج الكترومغناطيسي همچون نور مي شوند . در اين صورت يك جسم كه همچون يك لامپ غول پيكر كيهاني است پديد آمده است و اين آغاز زندگي يك ستاره است . هر ستاره اي كه ما در آسمان مشاهده مي كنيم در هسته اش واكنش هاي عظيم هم جوشي رخ داده است تا اين نور توليد شود و به ما برسد . هنگامي كه ستاره همانند خورشيد درخشان و نوراني مي شود ، گرانش آن سعي مي كند تا ستاره را هم چنان منقبض كند و در خود فرو كشد . اما واكنش هاي عظيم هسته اي كه در هسته ي ستاره انجام مي شوند انرژي عظيمي توليد مي كند و همين انرژي از در هم كشيده شدن ستاره و فروريختن آن جلوگيري مي كند. زماني كه ستاره مورد نظر(بسته به جرمش) سوخت خود را در چند ميليون يا چند ميليارد سال مصرف كرد و تمام هيدروژن ها به هليوم تبديل شدند ستاره وارد مرحله ي جديد زندگي خود مي شود در اين هنگام ستاره سعي مي كند تا هليوم توليد شده را به عناصر سنگين تر همانند آهن تبديل كند ولي اين واكنش ها چندان انرژي زيادي را توليد نمي كنند تا با گرانش به مقابله بپردازد . سر انجام پس از مدتي گرانش پيروز مي شود و اين پايان زندگي يك ستاره است . در اين هنگام ستاره نسبت به جرمش مي تواند به سه حالت 1- كوتوله سفيد 2- ستاره نوتروني 3- سياهچاله تبديل شود .

فشردگي عظيم

سرنوشت نهايي يك ستاره به جرمش وابسته است . خورشيد ما در نيمه ي عمر است ، يعني حدود 5 ميليارد از سن خود را سپري كرده است و براي بقاياي حيات به ميزان پنج ميليارد سال ديگر سوخت دارد . اما در زمان هاي دور واقع در آينده پس از اتمام سوخت خود لايه ي بيروني خود را به بيرون خواهد انداخت . بدين ترتيب گرانش هسته را به شدت فشرده مي سازد و تا حدي اين كار را انجام مي دهد و به جايي مي رسد كه توانايي ادامه ي ادامه ي آن را ندارد . در اين صورت جرمي پديد مي آيد كه كوتوله سفيد ناميده مي شود . باقي مانده ي هسته يكصد هازار برابر از زمين فشرده تر است .

بيشتر ستاره هاي عظيم سريع تر سوخت خود را مي سوزانند و در نتيجه عمران آنها نيز كوتاه تر از حد انتظار خواهد بود . يك ستاره به جرم ده برابر خورشيد ممكن است تنها ميليون ها سال عمر كند و زندگي آن به ميليارد سال نمي رسد . چنانكه فروريختن آن آغاز شود ماده ي موجود در آن زير فشار گرانش له مي شود . در اين حالت هسته در حدود 50 ميليارد درجه حرارت دارد ، در چنين حرارتي هسته تنها چند ثانيه واكنش مي دهد و سپس به سبك سوپر نوا منفجر مي شود .

سوپرنوا نوعي انفجار عظيم كيهاني است . در پي اين واقعه ي كيهاني مقدار زيادي ماده به محيط ميان ستاره اي دميده مي شود . در اين گونه ستاره ها واقعا" از درون متلاشي مي شوند و پي از آن اتم هاي هسته در زير بار گرانش به هم مي ريزند و الكترون هاي آنها به پروتون ها متصل مي شوند و توليد ذره ي زير اتمي ديگري به نام نوترون مي نمايند . در نتيجه ستاره نوتروني پديد مي آيد كه جرمش حدود 5/1 برابر خورشيد است ولي اين جرم عظيم تنها در در يك كره فشرده شده كه ضخامت اين سر تا آن سرش تنها 20 كيلو متر است .

دانشمندان ثابت كرده اند كه ستاره هاي نوتروني واقعا" وجود دارند ، زيرا آنها سيگنال هاي خاصي را از خود ساتع مي كنند درست همانند هشدار فانوس دريايي به ساحل . يك ستاره ي نوتروني امواجي خيره كننده ساتع مي كنند ؛ اين امواج توسط ميدان مغناطيسي عظيمش كه بيش از يك ترليون برابر از ميدان مغناطيسي زمين قوي تر است توليد مي شود . اين چنين ستاره هاي نوتروني را پالسار مي خوانند . همچنين ستاره شناسان با دريافت اين امواج از فضاي تاريك ديگر ترديدي از وجود آنها را در خود راه نمي دهند .

پيروزي نهايي گرانش

يك ستاره ي نوتروني در برابر فشار عظيم گرانش در برابر فشرده شدن مقاومت مي كند . اما اگر باقيمانده ي هسته پس از انفجار بيش 3 برابر خورشيد جرم داشته باشد ، آنگاه ديگر شرايط كاملا" متفاوت مي شود . در اين شرايط حتي نوترون ها از فشار بي وقفه ي گرانش نمي توانند در امان باشند . نوترون ها در بي خبري هم چنان فشرده مي شوند و هسته ي ستاره در زير بار گرانش در فضاي خودش از پاي در مي آيد و از شكل مي افتد و در اين صورت جرمي بسيار ترسناك مي شود . يك فرم تاريك كه در قلب ستاره ها قرار داشته است و حال بي وقفه حركت مي كند و از فضاي اطراف خود مواد را مي مكد و آن را به درخشش وا مي دارد . اين اجسام گرسنه همان سياهچاله ها هستند كه در آنها گرانش به پيروزي نهايي رسيده است . هر چيز كه به محدوده ي جادويي آن وارد شود برايش بازگشتي نخواهد و نخواهد توانست تا بگريزد و سرانجام آين جسم قورت داده مي شود .

آن سوي تاريكي

لبه ي سياهچاله را افق رويداد مي خوانند زيرا همه ي رويداد آن سوي آن بر ما پوشيده است و بر ما نامرئي است و فقط تا جايي ما حق مشاهده داريم كه افق رويداد وجود دارد . در برخي از سياهچاله ها ممكن شعاع افق رويداد تنها چند كيلومتر باشد . هرگاه ستاره اي در مداري دوتايي با سياهچاله اي قرار گيرد هر از چند گاهي مقداري از گازهاي خود را براي سياهچاله پرتاب مي كند و سپس سياهچاله آنها را به وسيله ي تكينگي مي ربايد ؛ همانطور كه گفته شد تكينگي نقطه اي است كه در آن چگالي بي نهايت است ، در واقع جرم آن بي نهايت است ولي حجم آن بسيار بسيار كوچك است .

تكينگي جايي است پايان علم است و دانشمندان تفكر در زمينه ي آن را آغاز كرده اند . در اين مكان موجوديت فضا و زمان متوقف مي شود و جايگزين آن جرم آشفته و خروشاني مي شود كه آن را اسفنج كوانتومي مي نامند . دانشمندان حدس مي زنند اين نقطه جايي باشد كه قوانين اينشتين و نسبيت و مكانيك كوانتوم شكسته مي شود . اين حوضه ي چيزي است كه كوانتوم گرانشي ناميده مي شود ، در اين مكان از يافته هاي بسيار پيشرفته ي رياضي استفاده مي شود .

گفته مي شود كه تكينگي وجود داشته است كه جهان از آن آغاز شده است . در بسياري از راه هاي يك ستاره به تكينگي يك سياهچاله فرومي ريزد و اين معكوس بيگ بنگ است . ما نمي دانيم كه در آن سوي افق رويداد چه مي گذرد شايد در آن سويش جهاني هم چون جهان ما پنهان باشد و شايد حتي اين جهان نمونه اي از جهان هاي موازي خود باشد .

سياهچاله يا فيل سفيد

اينشتين خود به شخصه قادر نمي توانست باور كند كه سياهچاله هاي نامرئي در جهان ما واقعا" وجود دارند و آنها نتيجه معادلات خودش نيز مي باشند . امروزه اما امروزه دانشمندان با شناسايي تعداد زياد سياهچاله در درون و بيرون كهكشان راه شيري دليلي ارائه كرده اند كه پيش بيني ها اينشتين و نسبيت او درست بوده است .

يك سياهچاله شكار خود را با استتار استادانه ي خود به دست مي آورد ، جايي كه از تاريك ترين جاهاي كيهان است . براي جستجوي يك سياهچاله اول شما بايد يك ستاره ي مرئي را بيابيد كه در مدار يك سياهچاله به دام افتاده است ؛ سپس شما بايد چگونگي حركت ستاره را مورد مطالعه قرار دهيد . جان ويلر يك توصيف زيبا را براي رقص اين دو جسم در فضا گفته است : « مانند يك مرد سنگين كه چيز سياهي را پوشيده و نا مرئي است مي تواند به راحتي يك زن را كه لباسي روشن و نوراني را پوشيده است به دور خود بچرخاند . ستاره شناسان به نور ستاره اي كه در مدار يار تاريك خود اسير است توجه مي كنند .

يكي از بهترين نماينده ها براي اين امر ستاره است كه V404 گايگني ناميده مي شود . محاسبات نشان داده است كه همدم مستتر V404 دوازده برابر خورشيد جرم دارد . البته هنوز مجموع جرم آن به طور كامل مشخص نشده است . اما مدار هر سياهچاله براي به دام انداخت يك سياهچاله بايد نامرئي باشد . يكي از اين سياهچاله ها مي توانند در كمين ستاره اي پنهان شده باشد .

جاروبرقي كيهاني

اگر چه سياهچاله چنان قدرتي دارد كه مي تواند تمام اجرام را اعم از غبار و گاز را همانند جاروبرقي به درون بكشد ولي توانايي شكار كردن را ندارد . اين چيزي برخلاف اعتقادات ما است . ولي شايد اگر اين مووضع را بدانيم بهتر به درك اين مطلب كمك مي كند . اگر ما در جاي خورشيد خودمان در مركز منظومه ي شمسي سياهچاله اي با همان جرم قرار دهيم نخواهد توانست را زمين را مدار زمين را جذب خود كند و فقط ما از نور خورشيد محروم خواهيم شد .

اليته شما مي توانيد از زمين خارج شويد و رويداد هاي جالبي را تجربه كنيد شما پس از نزديك شدن به افق رويداد كشيده مي شويد و لاغر به نظر مي آييد در اين صورت شما مي توانيد پاهاي خود را با طول به اندازه ي چند كيلومتر بيابيد . پس از ورود به افق رويداد شما به ذرات بنيادي تجزيه مي شويد و در پرده ي تاريكي از نظرها ناپديد مي شويد .

همانطور كه گفته شد پس از ورود به افق رويداد شما هرگز ديده نخواهيد شد ، زيرا زمان اتساع مي يابد و فوتون هاي حمل كننده ي تصوير شما نيز در دام چنين گرانش عظيمي خود را گرفتار مي بينند و بسيار تقلا مي كنند تا بدن شما را ترك كنند و به بيرون روند هرچند كه چنين چيزي امكان پذير نيست يعني از يك ميليون سال هم تلاش كند نمي تواند .

قلب تاريكي

بيشتر ستاره شناسان اين امر را تصديق مي كنند كه سياهچاله هاي سنگين وزن در مركز كهكشان هايي همچون راه شيري هستند . آخرين برآوردها نشان مي دهد كه اين گونه سياهچاله را فوق العاده بزرگ يا سنگين مي نامند كه در كيهان موجود مي باشند .

در دهه ي 1950 با تلسكوپ هاي نوري امواج بسيار قوي دريافت كردند و آنها را با تلسكوپ هاي راديويي مورد مطالعه قرار دادند . منابع جستجو شده همچون ستاره نوراني بودند و امواج بسيار قوي كه آن را با نام " جت " مي شناسيم را از خود ساتع مي كردند . اين ها نخستين اجرامي بودند كه شناسايي شدند و سپس كوازار يا منابع راديويي شبه اختري نام گذاري شدند .

كوازار ها در قلب فعال كهكشان فعال قرار مي گيرند و گازهاي بسيار داغي كه به گرد آن به چرخش در مي آيند با سرعتي نزديك به سرعت نور به چرخش در مي آيند و درخشنده مي شوند . جت هاي عظيم ذرات باردار جريان هزار سال نوري هستند كه به بالا و پائين فضا راه مي يابند ، درست همانند محور چرخ ها در اتومبيل . و همچون موتوري كه تمام فعاليت ها به طور پنهاني در آن انجام مي گيرد . با اين تفاوت كه در مركز كهكشان سياهچاله بسيار كوچك و فوق العاده چگال و فشرده است . در سياهچاله هاي سنگين تر گازهاي در دور آنها با سرعت بيشتري مي چرخند . دانشمندان با تخمين هايي كه زده اند اين گونه كهكشان پنج هزار ميليون برار خورشيد جرم دارند .

فرضيه ي ساخته شدن اين كهكشان ها وسياهچاله هايشان بدين صورت است كه مي گويد اين كهكشان هاي از چرخش عظيم ابري از گاز به وجود مي آيد كه همين ابري پس از مدتي تبديل به ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره مي شود ؛ در مركز جايي كه گاز ها متمركز شده است ماده ي كافي براي ساخته شدن ميليون ها و يا ميليارد ها ستاره وجود دارد و پس مدتي اين ها دست خوش تغييراتي مي شوند كه توسط گرانش فرومي ريزند و سياهچاله اي فوق العاده بزرگ را پديد مي آورند . در صورتيكه همان حفره ي ايجاد شده هنوز در مركز كهكشان ها قرار دارد و از گازها مصرف مي كند . پس از مدتي كه تمام ستاره ها را بلعيد سياهچاله به حالت خاموشي و آرامي فرو مي رود . و نسبتا" به آرامي هسته ي كهكشان را ترك مي كند . اين تئوري درست است زيرا در حال حاضر سياهچاله ها در مركز كهكشان ها قرار دارند .

آينده در درون سياهچاله

فرض كنيد شما يك فضا نورد باشيد و يك قدم به لبه ي سياهچاله يا همان افق رويداد فاصله داريد . اگر كمي در زمينه ي آناتومي سياهچاله ها مطالعه داشته ايد حتما" مي دانيد كه در نمودار پن روز راهي وجود دارد كه از آن طريق مي توان به سياهچاله وارد شد و از جهاني ديگر كه به جهان موازي معروف است ملحق شد . در ابتدا اگر نمودار پن روز را مشاهده كنيد شايد كمي به نظرتان مشكل آيد ولي در كل ساده است . شما پس از ورود به آن راه وارد سياهچاله مي شويد و پس از مدتي از يك جسم ديگر كه سفيد چاله نام دارد بيرون پرت مي شويد ؛ كاربرد سفيد چاله دقيقا" عكس كاربرد سياهچاله است يعني اينكه بر خلاف سياهچاله هر چيزي را از خود مي راند . شما پس از خروج از اين سفيد چاله وارد جهاني ديگر شده ايد كه ممكن است زندگي در آن جريان داشته باشد و آن زندگي شايد اندكي با زندگي ما تفاوت كند . خلاصه شما حالا در جايي ديگر به غير از اين جهان هستيد .

ستاره هاي تاريك

در سال 1784 جان ميشل دانشمند بزرگ ولي فراموش شده ي قرن 18 كه كشيش نيز بود ؛ ( در تاريخ علم دانشمندان بزرگي مشاهده مي شوند كه بدون اقتضا به شغل شان كارهاي فوق العاده كرده اند ؛ مثلا همين آقاي ميشل كه مطالعاتش چندان مناسبتي با شغلش نداشت ) از سرعت گريز بعضي از اجرام تعجب كرد ( سرعت گريز حداقل سرعتي است كه نياز است تا از سطح يك سياره يا يك ستاره جدا شويم ، در واقع سرعتي است كه يتوانيم از گرانش آن فرار كنيم ) ؛ او مي دانست كه گرانش يك جسم به جرمش بستگي دارد ، همچنين اين موضوع را مي دانست كه سرعت نور بسيار زياد است ولي با اين حال متناهي است . او از اين موضوع تعجي كرد كه خورشيد با اين جرم باز هم قادر نيست نور را در سطح خود نگه دارد و نور از سطح آن مي گريزد ( مي دانيم كه سرعت نور 299792 كيلومتر بر ثانيه است كه آن را 300000 كيلو متر بر ثانيه فرض مي كنند و از اين سرعت تقريبي بيشتر استفاده مي كنند ) . ميشل پاسخ به اين صورت استنباط كرد كه اگر خورشيد در همين اندازه بود ولي جرمش 500 برابر بود نور نمي توانست از سطح خورشيد بگريزد زيرا در اين صورت گرانش آن بسيار مي شد . چند سال بعد رياضدان بزرگ فرانسوي لاپلاس به طور مستقل تنيجه را به طور يكسان شرح داد و بدين ترتيب مفهوم ستاره تاريك زاده شد .

مختصري از داستان گرانش

مفهوم گرانش : اين نيروي نامرئي كه بر زندگي ما مسلط است و ما را بروي زمين نگاه مي دارد . اين نيرو براي مدتها طولاني انسان هاي بزرگ را كشفش به مبارزه طلبيده است . حتي روزي كه گاليله در بالاي برج پيزا كه كج است به مشاهده مي پراداخت اين سؤال برايش پيش آمد كه چرا اجسام به سوي پائين سقوط مي كنند . گاليله تعجب كرد كه چرا اجرام سنگين و اجرام سبك با يك زمان يكسان به سطح زمين مي رسند . همچنين از اين موضوع كه چرا سيارات در راهشان به حركت مي پردازند حيرت كرد . زماني كه كشفيات خود را در مورد سيارات بيان كرد او را به اين جرم كه در قوانين كليسا بدعت گذاري كرده است دستگير كردند و در دادگاه هاي خود محكوم كردند . اين كه چرا آنها اين كار را كردند بحثي كاملا" مجزا است كه در اين مقال نمي گنجد . او سرانجام در سال 1642 در فلورانس زماني كه سعي مي كرد كه نشان دهد گرانش عامل اين امر است درگذشت .

در يك كريسمس چارچوب گرانش به دست دانشمند بزرگ سر ايزاك نيوتن نهاده شد . او با 28 ماه انديشه ي پياپي توانست حساب ديفرانسيل و انتگرال را كشف كند . سپس طبيعت نور را مورد مو شكافي قرار داد و با اين تلاش ها توانست قوانين حركت سيارات را وضع كند . هرچند كه امروزه مكانيك كلاسيك كه بيشتر قوانين آن به وسيله نيوتن وضع شده بود تا حد زيادي از فيزيك كنار رفته است . زيرا بعضي از كميت ها همانند نور و جرم را مطلق مي دانست و با اين گونه روابط بعضي از پديده ها قابل شرح نبودند . و سر انجام يك روز وقتي كه در حال استراحت بود و فنجان چاي را مي نوشيد مشاهده كرد كه از درخت به زمين افتاد ؛ در اين هنگام رشته افكاراتش قطع شد و در زمينه ي گرانش به فكر فرو رفت .

در ذهنش اين سؤال ها تداعي مي شد كه چرا سيب به طور مستقيم سقوط كرد ؟ آيا آن مي خواهد به مركز زمين رود ، جايي كه كانون نيروي گرانش است . با اين افكارات به اين مووضع پي برد كه هر يك از سيارات و حتي خود خورشيد داراي گرانش هستند ؛ او گفت كه در بين هر دو جسم داراي جرم در عالم گرانش وجود دارد در واقع او گفت كه هر جسم داراي جرم گرانش دارد . هم چنين او گفت كه هر چه جرم جسم بيشتر باشد گرانش آن بيشتر است . بنابراين به اين سؤال پاسخ داده شد كه چرا سيارات به دور خورشيد مي چرخند .

در پايان آلبرت اينشتن در سال 1919 با ارائه ي تئوري نسبيت عام خود كه در آن از معادلات بسيار پيچيده رياضي استفاده كرده بود گفت كه گرانش اثر هندسي جرم بر فضا اطراف خود است . به اين ترتيب براي نخستين نظريه اي كامل گرانش را شرح داد .

گرانش مهلك

يك سياهچاله يك جسم متناقض كيهاني است . يك ستاره تاريك ، يك جسم كاملا" نا مرئي ، يك زندان براي نور . اين جسم يك مرز دارد كه هر چيز وارد آن شود بازگشتي نخواهد داشت ، ما اين مرز را افق رويداد مي خوانيم . يك كره كه هر چيز وارد آن شود براي ابديت اسير آن مي شود ، مكاني كه ديگر امكان فرار از آن نيست . جايي كه در آن سطح جامد وجود ندارد . در اين هنگام هر چيز حتي نور مكيده مي شود و فقط يك گردات ژرف گرانشي مشاهده مي شود ، اين اجرام بسيار بي رحم هستند و هرجيز را كه به طرفشان بيايد جذب مي كنند ، در واقع آن جسم را براي هميشه از آمدش پشيمان مي كند . ما از مركز كه تكينگي خوانده مي شود اطلاعات چنداني نداريم ولي مي دانيم كه در آنجا گرانشي مهلك حكم فرما است .

چهره ي اين اجرام هميشه مخفي و پوشيده است . تكينگي آنها هميشه به صورت نقطه اي است كه نيروي گرانش فوق العاده اي در آن متمركز شده است . همه ي اجرام و امواج الكترومغناطيسي و انرژي كه در سياهچاله فروافتاده اند در نقطه اي فوق العاده كوچك و فوق العاده چگال فشرده شده اند و گرانشي نا متناهي ايجاد مي كنند . سياهچاله ها عموما" گازهاي ميان ستاره را حريصانه قورت مي دهند . فضا از وجود اين اجرام متلاطم است و هم چنين زمان از جود آنها فشرده مي شود تا اينكه متوقف شود . چون نور نمي تواند از افق رويداد سياهچاله عبور كند ما آن مكان را لبه جهان فرض مي كنيم .

سیاهچاله ها

شايد يكي از چالش هاي بزرگ اختر فيزيك در اين قرون موضوع جذاب سياهچاله ها باشد . آنسوي افق رويداد بر هيچ شخصي مشخص نيشت . شايد در آن سوي آن فضايي عميق پنهان شده باشد ، شايد اين فضا آن حد بزرگ باشد كه براي انسان قابل تصور نباشد . انسان از گذشته مي دانسته كه زمين كروي بوده و به عبارت بهتر مسطح نبوده و در واقع خميده مي باشد ، به عبارت ديگر كره اي است كه لبه ندارد. ما از روي آن نمي افتيم زيرا نيروي سحرآميز گرانش هركس و هرچيزي را محافظت مي كند تا به سطح سيارات ديگر نيافتد .

پس از آنكه نسبيت آلبرت اينشتن پا به عرصه نهاد به اين موضوع پرداخته شد كه فضا خودش خميده است. حالا ما مي دانيم كه سفر به درياي بيكران فضا كه ما به آن جهان مي گوئيم در واقع به مكاني ژرف و عميق است و اگر مسافري بدون اطلاع به آن سفر كند ممكن است به داخلي اجرامي فوق العاده عظيم سقوط كند و زندگي را براي هميشه وداع گويد و با يك ريسك جانش را از دست بدهد . او به دروني افقي كاملا" مخفي سقوط مي كند و ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه برايش چه پيش مي آيد اين افق وحشتناك متعلق به سياهچاله است

 

سحابی

مقدمه
در جهان علاوه بر ستاره‌ها مقادیر زیادی گرد و غبار و گاز وجود دارد که مابین کهکشانها پراکنده گردیده است. یعنی چگالی گاز در فضای بین کهکشانها فقط برابر 20 اتم در هر اینچ مکعب است. برای مقایسه می‌توان آنرا با تعداد اتمهای موجود در هوا بر روی زمین و در سطج دریا برابر 10 در هر اینچ مکعب است، مقایسه کرد. سحابی ، ابر یا هر چیز دیگری است که از گرد و غبار و گاز میان ستاره‌ای تشکیل شده است. سحابیهای تابان ابرهایی گازی هستند که به علت نور ستارگان مجاور خود قابل رویت هستند.

بعضی از سحابیها تاریک بوده و تنها هنگامی که مانع عبور نور ستارگان یا سحابیهای تابان پشتشان می‌شوند، می‌توان آنها را دید. خیلی چیزهایی که زمانی سحابی نامیده می‌شدند، از نو طبقه بندی شده‌اند. در قرنهای پیشین این اشیاء در نظر ستاره شناسان ساختارهای ابر مانند مه آلود بودند، ولی بعدا ستاره شناسان با بهبود تلسکوپها توانستند این به ظاهر سحابیها را به عنوان کهکشان یا خوشه‌های ستاره‌ای شناسایی کنند.

سحابیهای تاریک
سحابی تاریک ابری از گرد و غبار و گاز است که گازش نور میدانهای ستارگان یا سحابیهای تابان پشت سرش را که از این ابر می‌گذرند، جذب می‌کند. سحابیهای تاریک ، که به سحابیهای جذبی نیز معروفند، هیچ تشعشعی از خود ندارند، ولی ممکن است نورهای جذب شده را به شکل امواج رادیویی یا انرژی مادون قرمز دوباره بتابانند. شاید جرم سحابیهای تاریک چندین هزار بار از جرم خورشید بیشتر باشد. اگر یک سحابی به اندازه کافی جرم داشته باشد، در نقطه‌ای از زمان موادش فشرده شده و تبدیل به ستاره می‌شود. شاید سپس سحابی تاریک با ستارگان جوان گرم حرارت ببیند و به سحابی نشری درخشانی تبدیل شود.
سحابیهای سیاره‌ای
ستارگان غول سرخ در اواخر عمرشان لایه‌های گازی بیرونی شان را به دور می‌اندازند. این لایه‌ها پوسته منبسط شونده‌ای از گازهای تابان را تشکیل می‌دهند که سحابی سیاره‌ای نامیده می‌شوند. علت این نامگذاری این است که ویلیام هرشل ، منجم آلمانی الاصل (1822 - 1783) ، تصور کرد که این پوسته‌ها شبیه سیاره‌اند. شاید از دید ناظر زمینی ، این پوسته گازی به شکل ساعت شنی ، حباب یا حلقه به نظر آید. این سحابی با سرعت تقریبی 20 کیلومتر (12 مایل) در ثانیه رو به بیرون حرکت می‌کند و بعد از 35 هزار سال در محیط میان ستاره‌ای پراکنده خواهد شد.

امواج انفجاری
موجهای ضربه ای انفجار ابر نواختر با سرعت هزاران کیلومتر در ثانیه در محیط میان ستاره‌ای سیر می‌کنند. این موجهای ضربه‌ای مواد میان ستاره‌ای را آشفته می‌کنند و شاید فرآیند فرو ریزش گرانشی را که سرانجام باعث تشکیل ستارگان در ابرهای میان ستاره‌ای می‌شود، آغاز می‌کنند. از هنگام اختراع تلسکوپ ، هیچ ابر نواختری در کهکشان ما کشف نشده است. اگر ابر نواختری بوجود می‌آمد، تا چندین ماه ، در آسمان به تابناکی ماه می‌درخشید. اگر آن ابر نواختر فرضی به زمین بسیار نزدیک می‌بود، می‌توانست جو زمین را منهدم کند.

سحابیهای تابان
دو نوع سحابی تابان وجود دارد: نشری و بازتابی ، که هر دو با تولد ستاره ارتباط دارند. گازهای سحابی نشری عمدتا در بخش قرمز یا سبز طیف می‌تابند، زیرا با حرارت ستارگان جوان گرم درون سحابی گرم شده‌اند. غبار سحابی ، نور ستارگان جوان داخل و اطراف سحابی بازتابی را پراکنده می‌کند. دو نوع سحابی تابان دیگر نیز وجود دارند: بقایای ابر نواختری و سحابیهای سیاره‌ای. هر دو اینها از مواد دفع شده ستارگان در حال مرگ تشکیل شده‌اند.

بقایای ابر نواختری
هنگامی که ستاره بصورت ابرنواختر منفجر می‌شود، لایه‌های گازی بیرونی آن برای تشکیل بقایای ابر نواختری تابان ، متلاشی شده و با سرعت از هسته‌اش فاصله می‌گیرند. برخی از انفجارات آنقدر شدیدند که حتی خود هسته نابود می‌شود. تقریبا 90 درصد ته مانده‌ها کم و بیش کروی‌اند و بقیه بر اثر نیروی انفجار متلاشی می‌شوند تا انبوهی از شعله‌های گازی فاقد ساختار ظاهری را تشکیل دهند. در مرکز چنان بقایایی ، پالسارها (ستاره‌های تپنده) شناسایی شده‌اند.

سحابی انکساری
در سحابی انکساری ذرات غبار نور را منعکس نمی‌کنند، بلکه متواری می‌کنند. نور قرمز می‌تواند آسانتر از نور آبی از ابر غبار بگذرد، پس نور آبی بیشتر پراکنده می‌شود، این امر موجب آبی شدن آن ابر می‌شود. همین خاصیت باعث آبی به نظر آمدن آسمان از زمین می‌شود. ذرات غبار نور خورشید را در جو شدیدا پراکنده می‌کنند و در مسیرهایی به جز سمت خورشید ، ناظر آسمان عمدتا نور آبی پراکنده می‌بیند.

سحابیهای خارج کهکشانی
آنچه به نام سحابیهای خارج کهکشانی نامیده می‌شود توده‌های عظیم و پیوسته گازی نیست، بلکه مجموعه‌ای است از ستارگانی شبیه ستارگان کهکشان ، رصدهای انجام شده نشان می‌دهد خاصیت طیفی نوری که از این سحابیها صادر می‌شود، بسیار شبیه به نوری است که از خورشید خود ما خارج می‌گردد. بنابراین درجه حرارت متناظر با چنین صدور نوری نمی‌تواند با درجه حرارت سطحی خورشید اختلاف فراوان داشته باشد و این درجه حرارت بایستی به چند هزار درجه برسد. اگر این سحابیها واقعا توده‌های غول پیکر گاز پیوسته‌ای بودند که درجه حرارت سطحی آنها همان درجه حرارت سطحی خورشید بود، ناچار می‌بایستی نوری که از آنها صادر می‌شود با وسعت سطح یعنی با مربع یکی از ابعاد آنها متناسب باشد.

 

چون قطر متوسط این سحابیها بیلیون بیلیون بار بزرگتر از خورشید است، باید چنان انتظار داشته باشیم که نورانیت کلی آنها بیلیون بیلیون برابر بزرگتر از نورانیت خورشید باشد. ولی نورانیت فعلی سحابی امرأه المسلسله بسیار کوچکتر از این اندازه است و از 1.7 بیلیون برابر نورانیت خورشید تجاوز نمی‌کند. نور از تمام سطح سحابی صادر نمی‌شود بلکه از عده زیادی از لکه‌های کوچک روشن بر می‌خیزد که مجموع کلی سطح آنها به سختی با یک بلیونیوم تمام سطح سحابی برابری می‌کند. این همان چیزی است که باید از سحابیهایی انتظار داشته باشیم که از ستارگان متعارفی جدا جدا از یکدیگر ساخته شده‌اند

ماده شگفت

بیشتر ماده ای  که ما در عالم می شناسیم، ستاره ها،  سحابی ها، سیارات ، غبار های میان ستاره ای و... از پروتون ها و نوترون ها ساخته شده اند. تا مدتها گمان بر این بود که این ذرات (پروتون،نوترون و الکترون )ذرات بنیادی سازنده عالم هستند و نمی توان آن هارا به اجزای کوچکتر تقسیم کرد این باور هنوز در مورد الکترون وجود دارد.

اما تبدیل پروتون و نوترون به یکدیگر در برخی واکنش های هسته ای و ازمایش های پیشرفته تری که در شتاب دهنده های ذرات بنیادی انجام شد، نشان داد که ان ها از ذرات سازنده ی کوچکتری به نام کوارک ساخته شده اند. البته کوارک ها نیز انواع مختلفی دارند. تا کنون شش نوع کوارک شناخته شده است که با اسامی جالبی نامگذاری شده است:

بالا	پایین	افسون	شگفت	سر	ته
Top	Bottom	Charm	Strange	Down	Up

 انتخاب این اسامی معنی خاصی ندارد. زیرا کوارک ها نه بالا و پایین دارند و نه زیر و ته! پروتون ها و نوترون ها  هر کدام از سه کوارک ساخته شده اند. دو کوارک بالا و یک کوارک پایین نوترون را بوجود می اورد و یک کوارک بالا و دو کوارک پایین یک پروتون را تشکیل می دهند. برای نگه داشتن کوارک ها در کنار یکدیگر چسب مخصوصی لازم است. این وظیفه بر عهده ی ذرات دیگری است که گلوئون نام دارند. در حالت طبیعی نمی توان کوارک ها را به صورت آزاد و منفرد یافت.

بیش تر ماده موجود در عالم از کوارک ساخته شده است. این کوارک ها در گروه های سه تایی در بسته ای از جنس گلوئون مقید شده اند. اما در مرکز یک ستاره نوترونی بی اندازه چگال ممکن است نوترون ها ان چنان فشرده شوند که ساختارشان در هم بشکند و ماده به دریایی از کوارک های آزاد و گلوئون ها و الکترون ها تبدیل شود.اما اگر چگالی ان قدر زیاد باشد که ساختار پروتون ها و نوترون ها در هم بشکند. شاید ماده ی جدیدی خلق شود که دیگر ساختار شناخته شده ی قبلی ماده را ندارد.دیگر نمی توان از ذره یا ذرات به صورت مشخص نام برد.چرا که ماده به دریای یکپارچه ای از کوارک ها ، الکترون ها و گلوئون ها تبدیل شده است.چگالی این ماده از چگالی هسته ، اتم ها که شامل پروتون ها و نوترون ها ی  مجزاست.بسیار بیشتر است و خاصیت های آن نیز با خواص ماده معمولی بسیار متفاوت خواهد بود . دانشمندان این ماده را ماده ی کوارکی یا "ماده ی شگفت"  نامیدند.

ماده ی شگفت ممکن است پایدارترین شکل ممکن ماده باشد.تا کنون این عنوان به هسته ی اتم آهن اطلاق می شد که نقطه ی پایانی واکنش های هسته ای در مرکز ستاره های سنگین و پرجرم است. اگر چنین باشد  ، پس از ساخته شدن ماده ی شگفت ، برای نگهداری ان به همین شکل فشرده نیازی به گرانش نخواهد بود. برخی نظریه پردازان معتقدنداین ماده بسیار چگال می تواند هر شکل دیگری از ماده را که با آن برخورد کند در هم بشکند و تبدیل به ماده ی شگفت کند.اما جای نگرانی نیست ، به هر حال اگر مقداری ماده ی شگفت روی زمین  یا خورشید بریزد ، به سرعت به سمت مرکز می رود و در همان جا باقی می ماند، بدون انکه آسیبی به محیط اطراف وارد کند.فیزیکدانان ذرات بنیادی نیز امیدوارند بتوانند با استفاده از شتاب دهنده ی نسبیتی آزمایشگاه بروکهاون در مدت بسیار کوتاهی کوارک و گلوئون های آزاد ایجاد کنند( که البته این وضعیت بسیار ناپایدار است)  آسمان بالای سر ما و اجرام گوناگونی که در این فضای بی انتها قرار دارند آزمایشگاهی طبیعی در اختیار اخترشناسان قرار داده اند تا بتوانن گاهی فیزیکدان ها را پشت سر بگذارند و خیلی سریعتر از آزمایشگاه های زمینی به نتیجه برسند

پايان فيزيك - بخش يازدهم گريز از سياهچاله

 
يك دانشجوي فوق ليسانس در دانشگاه پرينستون، به نام جاكوب بكن‌شتاين به اين نتيجه دست يافت كه با انداختن آنتروپي در يك سياهچاله، نمي‌توان آن را از بين برد. سياهچاله، قبل از آن نيز آنتروپي داشته و فقط آنتروپي به آن افزوده شده است. بكن‌شتاين اين طور فكر مي‌كرد كه سطح افق رويداد يك سياهچاله تنها مانند آنتروپي نيست بلكه خود آنتروپي است. هنگامي كه شما سطح افق رويداد را محاسبه مي‌كنيد، در واقع آنتروپي سياهچاله را اندازه مي‌گيريد. هنگامي كه چيزي مثل يك قوطي پر از مولكول را به داخل سياهچاله مي‌اندازيد، به جرم سياهچاله اضافه مي‌كنيد، سطح افق رويداد بزرگتر مي‌شود و آنتروپي سياهچاله نيز افزايش مي‌يابد. تمام اين موضوعات، ما را به طرف نكته‌اي معما گونه مي‌كشاند. اگر چيزي آنتروپي داشته باشد، دما هم دارد و كلاً سرد نيست. اگر چيزي دما داشته باشد، مي‌بايد با تابش انرژي همراه باشد. اگر چيزي انرژي تابش مي‌كند نمي‌توانيم بگوييم كه هيچ‌چيز از آن به بيرون گسيل نمي‌شود. اين برخلاف انتظاري بود كه از سياهچاله داشتيم: قرار نبود از سياهچاله چيزي بيرون بيايد!

هاوكينگ فكر مي‌كرد كه بكن‌شتاين دچار اشتباه شده است. او از سوء استفاده نامبرده در كشف اينكه افق رويداد هيچ‌گاه كوچكتر نمي‌شود، ناراحت بود. در 1972، هاوكينگ مقاله‌اي با همكاري دو فيزيكدان ديگر به نام جيمز باردين و براندو كارتر انتشار داد و در آن با اين موضوع اشاره كرد كه با وجود هماننديهايي كه بين ناحيه افق رويداد و آنتروپي وجود دارد. سياهچاله قاعدتاً نمي‌تواند آنتروپي داشته باشد زيرا چيزي نمي‌تواند از آن گسيل شود. بعداً معلوم شد كه او و همكارانش در اشتباه بوده‌اند.

در سال 1962 زماني كه هاوكينگ دوره فوق‌ليسانس را شروع كرد، انتخاب مطالعه علم كيهان شناسي با بررسي اجسام بسيار بزرگ را به مكانيك كوانتومي يا علم ذرات بسيار ريز ترجيح داد. اما در سال 1973 تصميم گرفت كه زمينه مطالعات خود را تغيير دهد و با ديد مكانيك كوانتومي موضوع سياهچاله را بررسي كند. اين اولين كوشش جدي و موفقيت‌آميز يكي از دانشمندان قرن بيستم، براي پيوند دو نظريه بزرگ اين قرن بود: نسبيت و مكانيك كوانتومي. چنان كه از قبل به خاطر داريم، اين پيوند، بار سنگين و مشكلي در راه نظريه همه چيز است. در سال 1973، هاوكينگ در مسكو با دو نفر از فيزيكدانان روسي به نام ياكو زلدوويچ و آلكساندر ستاروبينسكي مذاكره كرد. آنها او را قانع كردند كه اصل عدم قطعيت اين معني را دارد كه سياهچاله‌هاي چرخنده، ذراتي به وجود مي‌آورند و آنها را به بيرون گسيل مي‌كنند. هاوكينگ از نحوه محاسبه آنان در باره مقدار گسيل ذرات راضي نبود. او سعي كرد روش رياضي بهتري براي اين موضوع پيدا كند.

هاوكينگ انتظار داشت كه محاسبات او، تابشي را كه فيزيكدانان روسي پيشگويي كرده بودند، تأييد كند. چيزي كه او كشف كرد، موضوع بسيار شگفت‌انگيزتري بود: «من با شگفتي به اين نتيجه ناراحت كننده رسيدم كه حتي سياهچاله‌هاي غير چرخنده مي‌بايستي از خود ذراتي با آهنگ ثابت گسيل دارند». ابتدا فكر كرد كه محاسبات او بايد غلط بوده باشد و ساعات زيادي را به جستجوي اشتباه خود پرداخت. او به خصوص دنبال اين بود كه چرا جاكوب بكن‌شتاين به اين موضوع پي نبرده بود تا از آن به عنوان استدلالي براي ايده افقهاي رويداد و آنتروپي خودش استفاده كند. اما هرچه هاوكينگ راجع به اين موضوعات فكر كرد. بيشتر مجبور به پذيرش آن شد كه محاسبات او نبايد خيلي از واقعيت دور باشد. چيزي كه او را در اين زمينه به يقين واداشت، شباهت دقيق طيف تابش ذرات با طيفي بود كه از يك جسم داغ انتظار مي‌رفت.

فكر بكن‌شتاين درست بود: شما نمي‌توانيد با انداختن ماده حامل آنتروپي به سياهچاله، آن را مثل سطل آشغال در نظر بگيريد: آنتروپي را كاهش دهيد و نظم جهان را افزايش دهيد. زماني كه مواد حامل آنتروپي به سياهچاله ريخته مي‌شوند، مساحت افق رويداد افزايش مي‌يابد. آنتروپي سياهچاله زيادتر مي‌شود، پس جمع آنتروپي جهان در داخل و خارج سياهچاله هيچ‌ كاهش نيافته است.

اما چگونه سياهچاله امكان داشتن دما و گسيل ذرات را دارد در حالي كه هيچ‌چيز نمي‌تواند از افق رويداد بگريزد؟ هاوكينگ پاسخ اين سوال را در مكانيك كوانتومي يافت.

اگر ما فضا را خلا فرض كنيم، راه درستي نرفته‌ايم. در اينجا مي‌خواهيم علت آن را بيابيم. اصل عدم قطعيت به اين معني است كه ما هيچ‌گاه نمي‌توانيم با دقت كامل، به طور همزمان، مكان و سرعت يك ذره را بداينم. معناي آن از اين هم بيشتر است: ما هرگز نمي‌توانيم كميت يك ميدان (به عنوان مثال: ميدان گرانشي يا ميدان الكترومغناطيسي) و آهنگ تغييرات آنرا همزمان، با دقت كامل تعيين كنيم. هر قدر كميت ميدان را با دقت بيشتر بدانيم، دقت ما در دانستن آهنگ تغييرات آن كاهش خواهد يافت و بالعكس، همچون الاكلنگ. در نتيجه، شدت يك ميدان هيچ وقت به صفر نمي‌رسد. صفر هم از نظر كميت و هم از نظر آهنگ تغييرات ميدان، اندازه‌گيري بسيار دقيقي خواهد بود كه اصل عدم قطعيت، آن را مجاز نمي‌داند. نمي‌توان فضاي خالي داشت، مگر اينكه تمام ميدانها دقيقاً صفر باشند: اگر صفر نباشند، فضاي خالي وجود ندارد.

به جاي فضاي خالي يا خلأ كامل كه اغلب ما تصور مي‌كنيم در فضا هست، مقدار حداقلي از عدم قطعيت، اندكي ابهام يا نامعلومي به صورتي داريم كه نمي‌دانيم مقدار ميدان در «فضاي خالي» چيست. اين افت و خيز در مقدار ميدان، اين لرزش اندك به سوي جوانب مثبت و منفي صفر را كه هرگز صفر نمي‌شود، مي‌توان به طريق زير تصور كرد:

زوجهايي از ذرات ـ زوجهاي فوتونها يا گراويتونها ـ مدام ظاهر مي‌شوند. دو ذره به صورت يك جفت در مي‌آيند و سپس از هم جدا مي‌شوند. پس از فاصله زماني بسيار كوتاه غيرقابل تصوري، آن دو ذره بار ديگر به هم مي‌رسند، و يكديگر را منهدم مي‌كنند حياتي كوتاه ولي پر ماجرا دارند. مكانيك كوانتومي به ما مي‌گويد كه اين واقعه هميشه و همه جا در فضاي «خلأ» روي مي‌دهد.

ممكن است كه اينها ذرات «واقعي» كه بتوانيم وجود آنها را با يك آشكارساز ذرات، تشخيص دهيم نباشند، ولي نبايد تصور كرد كه آنها ذرات خيالي هستند. حتي اگر آنها فقط ذراتي «مجازي» باشند، مي‌دانيم آثار آنها را روي ذرات ديگر تشخيص دهيم.

بعضي از اين زوجها، زوجهاي ذرات ماده يا فرميونها هستند. در اين حالت، يكي از ذرات زوج، پاد‌ذره ديگري است. «پاد ماده» را كه در بازيهاي خيالي و داستانهاي علمي تخيلي با آن آشنا هستيم، صرفاً تخيلي نيست. مي‌دانيم كه مقدار كل انرژي در جهان، هميشه ثابت و بدون تغيير است. انرژي نمي‌تواند از جايي به طور ناگهاني به جهان وارد شود. چگونه ما مي‌توانيم مسأله اين زوج تازه به وجود آمده را با اين اصل سازگار كنيم؟ اين زوجها، با «وام گرفتن» انرژي، به طور بسيار موقتي به وجود آمده‌اند. آنها به هيچ‌وجه دايمي نيستند. يكي از ذرات اين زوج انرژي مثبت و ديگري انرژي منفي دارد. تراز انرژي آنها برابر است. به مقدار انرژي كه در جهان وجود دارد، چيزي اضافه نشده است.

استيون هاوكينگ استدلال كرد كه زوج ذره‌هاي بسياري به طور غير منتظره، در افق رويداد يك سياهچاله به وجود مي‌ايند و از بين مي‌روند. بنابر تصور او، ابتدا يك زوج از ذرات مجازي ظاهر مي‌شود. قبل از آنكه اين زوج به يكديگر برسند و يكديگر را منهدم كنند، ذره‌اي كه انرژي منفي دارد از افق رويداد عبور كرده، وارد سياهچاله مي‌شود. آيا اين بدان معني است كه ذره با انرژي مثبت بايد همتاي بدبخت خود را، با هدف برخورد و منهدم كردن دنبال كند؟ نه. ميدان جاذبه در افق رويداد يك سياهچاله به قدر كافي قوي است كه با ذرات مجازي، حتي با ذرات بدبخت با انرژي منفي كار شگفت‌انگيزي مي‌كند: ميدان جاذبه مي‌تواند آنها را از « مجازي» به « واقعي» تبديل كند. اين تبديل، تغيير قابل ملاحظه‌اي در زوج به وجود مي‌آورد. آنها ديگر مجبور نيستند با يكديگر برخورد كرده و يكديگر را منهدم كنند. آنها مي‌توانند هر دو مدت بسيار طولانيتري، جدا از هم وجود داشته باشند. البته ذره با انرژي مثبت نيز مي‌تواند در سياهچاله بيفتد، ولي مجبور به چنين كاري نيست. او از مشاركت آزاد است، مي‌تواند بگريزد. براي يك مشاهده كننده از دور، به نظر مي‌آيد كه از سياهچاله بيرون آمده است. در حقيقت اين ذره، نه از بيرون،‌بلكه از نزديك سياهچاله مي‌آيد. در اين ضمن همتاي او انرژي منفي به سياهچاله وارد كرده است. تابشي كه به اين ترتيب از سياهچاله گسيل مي‌شود، تابش هاوكينگ ناميده مي‌شود. با تابش هاوكينگ، كه دومين كشف مشهور او در زمينه سياهچاله‌ها بود، استيون هاوكينگ نشان داد كه اولين كشف مشهور او، قانون دوم ديناميك سياهچاله (كه مساحت افق رويداد هيچ‌گاه نمي‌تواند كاهش يابد)، هميشه استوار نيست. تابش هاوكينگ اين معني را مي‌دهد كه يك سياهچاله مي‌تواند كوچك شده و در نهايت كاملاً از بين برود، چيزي كه يك مفهوم واقعاً اساسي است.

چگونه تابش هاوكينگ يك سياهچاله را كوچكتر مي‌كند؟ سياهچاله، به تدريج كه ذره‌هاي مجازي را به واقعي تبديل مي‌كند انرژي از دست مي‌دهد. اگر هيچ چيز نمي‌تواند از افق رويداد بگريزد، چه‌طور ممكن است چنين چيزي روي بدهد؟ چه‌طور سياهچاله مي‌تواند چيزي از دست بدهد؟ به اين سؤال مي‌توان پاسخ زيركانه‌اي داد: زماني كه ذره‌اي با انرژي منفي اين انرژي منفي را با خود به سياهچاله مي‌برد، انرژي سياهچاله را كمتر مي‌كند. يعني منفي « منها» است كه مترادف كمتر است.

بدينسان، تابش هاوكينگ از سياهچاله انرژي مي‌ربايد. انرژي كمتر، كاهش جرم را به دنبال دارد. معادله اينشتين E = mc2 را به خاطر بياوريم. در اين رابطه، E انرژي، m جرم و c سرعت نور است. هنگامي كه انرژي (در يك سوي اين رابطه) كاهش مي‌يابد (كه در مورد سياهچاله‌ها اين‌طور است)، يكي از كميتهاي طرف ديگر بايد كمتر شود. چون سرعت نور ثابت است، جرم بايد كاهش پيدا كند. بنابر اين موقعي كه ما مي‌گوييم انرژي از سياهچاله ربوده شده است، مثل اين است كه جرم از آن ربوده شده است.

به‌خاطر داشته باشيم و به ياد آوريم كه نيوتن درباره گراني چه چيزي به ما آموخت: هر تغيير در جرم جسم، مقدار كشش گرانشي آن را كه بر جسم ديگر اعمال مي‌كند، تغيير مي‌دهد. اگر جرم زمين كمتر شود (جرمش كمتر شود نه آنكه كوچكتر شود) كشش گرانش آن در مدار حركت ماه كاهش مي‌يابد. اگر سياهچاله جرم از دست بدهد، كشش گرانشي آن در جايي كه افق رويداد (شعاع بدون بازگشت) وجود دارد، كاهش مي‌يابد. سرعت گريز در اين شعاع كمتر از سرعت نور مي‌شود. در اين حال شعاع افق رويداد كوچكتر از شعاعي مي‌شود كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور بوده است. در نتيجه افق رويداد منقبض شده است. اين، تنها راه توجيه كوچكتر شدن سياهچاله است.

اگر تابش هاوكينگ از يك سياهچاله بزرگ را كه در نتيجه رُمبش يك ستاره به وجود آمده است اندازه‌گيري كنيم، نااميد خواهيم شد. دماي سطح سياهچاله‌اي به اين بزرگي، كمتر از يك ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق خواهد بود. هر قدر سياهچاله بزرگتر باشد، دماي آن كمتر است. استيون هاوكينگ مي‌گويد، «سياهچاله‌اي با جرم ده برابر خورشيد، ممكن است چند هزار فوتون در ثانيه گسيل دارد، ولي اين فوتونها طول موجي به اندازه سياهچاله خوهاند داشت و انرژي آنها آنقدر كم خواهد بود كه آشكارسازي آنها ممكن نيست». مطلب را مي‌توان اين‌طور بيان كرد: هرقدر جرم زيادتر باشد، سطح افق رويداد بزرگتر، هرچه سطح افق رويداد بزرگتر باشد، آنتروپي بيشتر است. هرچه آنتروپي بيشتر باشد دماي سطح و آهنگ گسيل كمتر است.

با اين حال، هاوكينگ، خيلي زود، در سال 1971 نظر داد كه نوع ديگري از سياهچاله وجود دارد: سياهچاله‌هاي خيلي ريز كه جالبترين آنها به انداز هسته اتم است. اين سياهچاله‌ها به‌طور قطع منفجر مي‌شوند و تابش مي‌كنند. به ياد داشته باشيم كه هر قدر سياهچاله كوچكتر باشد، دماي سطح آن بيشتر است. هاوكينگ در مورد اين سياهچاله‌هاي بسيار ريز مي‌گويد: « اين سياهچاله‌ها را به زحمت مي‌توان سياه ناميد: آنها در حقيقت داغ و سفيدند.»

معماي سياهچاله ها «حل» شد

يكي از مشهورترين نظريه هاي فضايي عصر حاضر داير بر اين كه هيچ چيزي قادر به فرار از سياهچاله ها نيست توسط خالق اين نظريه نقض شده است.
استفان هاكينگ، فيزيكدان مشهور و استاد دانشگاه كمبريج مي گويد: نظريه مشهور او درباره سياهچاله ها تاكنون اشتباه بوده است.
وي در كنفرانسي با موضوع جاذبه در دابلين گفت كه او در نظريه اش، داير بر اين كه هرچه كه به درون سياهچاله ها( holes black ) سقوط كند نابود مي شود، تجديد نظر كرده است.
او اكنون به اين نتيجه رسيده است كه سياهچاله ها ممكن است به «اطلاعات» اجازه فرار دهند.
تحقيقات تازه او حتي ممكن است به حل «پارادوكس اطلاعات سياهچاله» كه يكي از معماهاي مهم فيزيك نوين است كمك كند.

آسمان پر از سياهچاله است

    
    سالهاست كه يكي از اسرار كيهان، اخترشناسان را شگفت زده كرده است، ولي آنها تصور مي كنند كه پاسخي براي اين معما يافته اند. به هر سو از آسمان كه نگاه مي كنيم تابشهاي پراكنده اي از تشعشع پرتو ايكس پس زمينه را مي بينيم، اما اين تشعشع از كجا منشأ مي گيرد؟
    به نوشته همشهري اخترشناسان رصدخانه پرتو ايكس چاندرا را براي ۲۳ روز طي يك دوره ۲ ساله به سمت قسمتي از آسمان نشانه رفته اند و ۶۰۰ منبع پرتو ايكس را مشخص و تعيين كردند. اين تابش در واقع تابش پس زمينه نيست بلكه تشعشع پرتو ايكسي است كه از صدها ميليون سياهچاله فوق حجيم كه مشابه آن در مركز كهكشان راه شيري قرار دارد گسيل مي شود. نيل براندت، پروفسور اخترشناسي و اختر فيزيك مي گويد: «ما تلاش كرديم تا آماري از تمامي سياهچاله ها تهيه كنيم و بدانيم كه شكل آنها چگونه است. ما همچنين قصد داشتيم تا چگونگي رشد سياهچاله ها را طي تاريخ كيهان مشخص و اندازه گيري كنيم.» پژوهشگران نگاه و رصد خود را روي گسيلهاي پرتو ايكس متمركز كردند، زيرا نواحي اطراف سياهچاله ها پرتوهاي ايكس و نور مرئي منتشر مي كنند. ماهيت نافذ پرتوهاي ايكس شيوه مستقيمي را براي تشخيص سياهچاله ها فراهم مي آورد.
    براندت اضافه مي كند: «ما سياهچاله هاي فوق حجيم فعالي را در مركز كهكشان هاي بزرگ پيدا كرديم. كهكشان ما نيز در مركز خود سياهچاله اي دارد كه اندازه آن معادل ۶/۲ميليون برابر جرم خورشيد است. امروزه سياهچاله كهكشان ما فعال نيست ولي احتمال مي دهيم كه در گذشته فعال بوده است.» آنچه كه پژوهشگران به آن دست يافتند، اين است كه تعداد سياهچاله هاي فوق حجيم بيشتر از انتظار قبلي اخترشناسان است. اين پژوهشگران همچنين دريافتند كه سياهچاله ها به گونه اي متفاوت از آنچه كه آنها قبل از رصدهاي چاندرا تصور مي كردند تكامل يافته اند. با ملاك قرار دادن ۶۰۰ سياهچاله اي كه چاندرا موفق به يافتن آنها شد، براندت اين نظر و پيشنهاد را مطرح مي كند كه حدود ۳۰۰ ميليون سياهچاله فوق حجيم در كل گستره آسمان وجود دارد.
    

 

سياهچاله چيست؟

 

در چند جمله كوتاه ميتوان گفت، سياهچاله ناحيه اي از فضاست كه مقدار بسيار زيادي جرم در آن تمركز يافته و هيچ شيئي نمي تواند از ميدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترين تيوري جاذبه در حال حاضر تيوري نسبيت عام انيشتن است،در مورد سياهچاله و جزيياتش بايد طبق اين تيوري تحقيق و نتيجه گيري كنيم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرايط ساده تر آغاز مي كنيم.

فرض كنيد روي سطح يك سياره ايستاده ايد. يك سنگ را به سمت بالا پرتاب مي كنيد. با فرض اينكه آن را خيلي خيلي محكم پرتاب نكرده باشيد براي مدتي به سمت بالا حركت مي كند و نهايتا شتاب جاذبه باعث مي شود به پايين سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ي لازم محكم پرتاب كرده باشيد مي توانيد آن را به كل از جاذبه سياره خارج كنيد و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتي كه لازم است تا يك شيي را از حاذبه سياره خارج كند سرعت فرار يا سرعت گريز نام دارد. همانطور كه انتظار مي رود سرعت فرار به جرم سياره بستگي دارد. اگر سياره اي جرم زيادي داشته باشد كشش جاذبه آن زياد خواهد بود و نتيجتا سرعت فرار آن بيشتر خواهد شد. سياره سبكتر سرعت فرار كمتري خواهد داشت. همچنين سرعت فرار به فاصله از مركز سياره نيز بستگي دارد. هر چه به مركز سياره نزديك تر شويم سرعت فرار نيز بيشتر مي شود.

سرعت فرار زمين Km/s 11.2 يا m/h 25000 است. در حالي كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 يا m/h 5300 است.

حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.

ايده تفكر در مورد جرمي چنان چگال كه حتي نور نيز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.

در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.

درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد. افق خصوصيات هندسي عجيبي دارد، براي يك ناظر كه فاصله زيادي از سياهچاله دارد، افق جاي خوبي به نظر مي رسد كه كروي و ساكن است. اما در صورتيكه به سياهچاله نزديك شويد متوجه خواهيد شد افق با سرعت بسيار زياد و يا در حقيقت با سرعت نور به سمت بيرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بيرون گسترش مي يابد، پس براي خروج از افق بايد سرعتي بيش از سرعت نور داشته باشيم. و چون مي دانيم كه نمي توانيم با سرعتي بيش از سرعت نور سير كنيم پس هيچ گاه نخواهيم توانست از سياهچاله فرار كنيم.

اگر اين مطالب بسيار عجيب به نظر مي رسند، نگران نباشيد، واقعا عجيب هستند. افق از جهتي ثابت و از جهتي نا پايستار است. اين مطلب تا حدي شبيه به داستان آليس در سرزمين عجايب است. او بايد تا جايي كه مي توانست سريع حركت مي كرد تا مي توانست در يك جا بماند.

در درون افق فضا در حدي منحرف مي شود كه مختصات طول و زمان جايشان عوض مي شود به اين معني كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سياهچاله كه r نام دارد، يك مختص زماني و t يك مختص فضايي مي شود. نتيجه اين جابجايي اين است كه نمي شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگيري كرد، مشابه شرايط معمولي كه از رسيدن به آينده گريزي نيست (يعني به طور معمول t در حال افزايش است) در نهايت بايد به مركز جايي كه r = 0 است برسيم. ممكن است فكر كنيد با روشن كردن راكت ها مي توان از افق خارج شد، اما اين كار نيز بيهوده است. از هر ماده اي كه استفاده كنيد، نمي توانيد از آينده خود گريزي داشته باشيد. پس از وارد شدن به افق، تلاش براي دور شدن از مركز سياهچاله درست مثل تلاش براي نرسيدن به پنجشنبه آينده است.

نام سياهچاله را براي اولين بار جان آرچيبالد ويلر پيشنهاد داد كه نام مناسبي به نظر مي رسيد، چون از نام هاي پيشنهادي قبل از خودش جذاب تر بود. پيش از ويلر از اين نواحي با عنوان ستاره هاي منجمد ياد مي شد. در ادامه توضيح خواهم داد كه چرا اين نام را به آن ها داده بودند.

سياهچاله چه اندازه اي دارد؟

اندازه هر چيز دو جنبه دارد. در اولين جنبه مي گوييم اين جسم چه ميزان جرم دارد و در جنبه ديگر آن را از نظر حجم بررسي مي كنيم. ابتدا درباره جرم سياهچاله بحث مي كنيم.

براي ميزان جرم يك سياهچاله محدوديتي وجود ندارد. هر مقدار جرمي درصورتي كه به اندازه كافي چگال باشد مي تواند سياهچاله تشكيل دهد. حدس مي زنيم كه سياهچاله هاي موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكيل يافته اند، بنا بر اين بايد به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم يك سياهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشيد است، يعني جرمي معادل 10 به توان 31 كيلوگرم.

هر چه جرم سياهچاله بيشتر باشد فضاي بيشتر اشغال خواهد كرد. در حقيقت شعاع شوارتز شيلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقيم دارند. اگر سياهچاله اي 10 برابر يك سياهچاله ديگر جرم داشته باش، شعاعش نيز 10 برابر ديگري خواهد بود. شعاع سياهچاله اي هم جرم خورشيد 3 كيلومتر است. بنا بر اين، اگر سياهچاله اي 10 برابر خورشيد جرم داشته باشد شعاعش 30 كيلومتر خواهد بود و سياهچاله اي كه در مركز يك كهكشان با جرم يك مليون برابر خورشيد 3 ميلون كيلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است اين مقدار شعاع زياد به نظر برسد ولي با استانداردهاي نجومي خيلي هم عجيب نيست. به عنوان مثال شعاع خورشيد 700000 كيلومتر است و يك سياهچاله بسيار بسيار سنگين شعاعي فقط در حدود 4 برابر خورشيد دارد.

در صورت سقوط در سياهچاله چه بلاي به سرم مي آيد؟

فرض مي كنيم در داخل يك فضا پيما به سمت يك سياهچاله با جرم يك مليون برابر خورشيد در مركز كهكشان راه شيري در حال حركت هستيد. (بحث هاي زيادي در مورد وجود سياهچاله در مركز كهكشان راه شيري وجود دارد. اما فرض مي كنيم حداقل براي چند ثانيه اين سياهچاله موجود باشد.) از فاصله دور راكت ها را خاموش كرده ايد و به سمت سياهچاله سرازير مي شويد. چه اتفاقي خواهد افتاد؟

در ابتدا هيچ جاذبه اي را حس نخواهيد كرد چون در حال سقوط آزاد هستيد، همه قسمتهاي بدنتان به يك صورت كشيده خواهند شد و احساس بي وزني خواهيد كرد (اين دقيقا همان چيزي است كه در مدار زمين براي فضا نوردان اتفاق مي افتد. با اين حال نه فضا نورد و نه شاتل هيچ نيروي جاذبه اي را حس نمي كنند.) همين طور كه به مركز سياهچاله نزديك و نزديك تر مي شويد نيروهاي جاذبه جزر و مدي را بيشتر حس خواهيد كرد. فرض كنيد پاهايتان نسبت به سرتان در فاصله كمتري از مركز سياهچاله قرار گرفته باشد. نيروي جاذبه با نزديك شدن به مركز سياهچاله بيشتر مي شود، بنا بر اين در پاهايتان نيروي جاذبه را بيشتر حس خواهيد كرد. و حس خواهيد كرد كشيده شده ايد ( اين نيرو نيروي جزر و مدي نام دارد چون دقيقا مانند نيرويي عمل مي كند كه باعث جزر و مد در سطح زمين مي شود). اين نيروها با نزديك شدن به مركز بيشتر و بيشتر خواهد شد تا جايي كه شما را پاره پاره كند.

براي يك سياهچاله خيلي بزرگ شبيه به آن كه شما در آن سقوط مي كنيد، نيروهاي جزر و مدي تا شعاع 600000 كيلومتري مركز قابل توجه نيستند. البته اين مطلب پس از ورود به افق اعتبار مي يابد. اگر در حال سقوط به يك سياهچاله كوچكتر هم جرم خورشيد بوديد، نيروهاي جزر و مدي از فاصله 6000 كيلومتري مركز شما را تحت تاثير قرار مي داد و شما خيلي زود تر از آنكه وارد افق شويد تكه پاره مي شديد (و اين موضوع علت اين است كه شما را در حال سقوط به يك سياهچاله بزرگ تصور كرديم تا بتوانيد حداقل تا وارد شدن به سياهچاله زنده باشيد). در حين سقوط چه چيزهايي مي بينيد؟ شما در حين سقوط چيز خاص و عجيبي را مشاهده نخواهيد كرد. تصوير اشيا درو ممكن است به شكل هاي عجيب و نا مربوط در آمده باشند، چون جاذبه سياهچاله نور را نيز منحرف مي كند. به ويژه وقتي وارد افق مي شويد هيچ اتفاق خاصي نخواهد افتاد. حتي پس از وارد شدن به افق نيز خواهيد توانست چيزهايي را كه بيرون هستند ببينيد. چون نوري كه از اشيا بيروني ساطع مي شود مي تواند وارد افق شود و به شما برسد. اما در بيرون از افق كسي قادر به ديدن شما نيست چون نور نمي تواند از افق خارج شود.

كل اين اتفاقات چقدر طول مي كشد؟ البته اين مطلب بستگي به اين دارد كه از چه فاصله سقوط به داخل سياهچاله را شروع كرده باشيد. فرض مي كنيم اين عمليات از جايي شروع شود كه فاصله شما از مركز 10 برابر شعاع سياهچاله باشد. براي سياهچاله اي با جرم يك ميليون برابر خورشيد 8 دقيقه طول مي كشد تا به افق برسيد، پس از آن 7 دقيقه ديگر در پيش داريد تا به ناحيه منحصر به فردي برسيد. البته اين زمان ها تقريبي است و به عنوان مثال در يك سياهچاله كوچكتر زمان مرگ نزديك تر خواهد بود. پس از پشت سرگذاشتن افق در 7 دقيقه باقيمانده از عمر ممكن است وحشت زده بشويد و شروع كنيد به روشن كردن راكت ها اما اين تلاش بيهوده است.

از يك فاصله مطمئن از سقوط در سياهچاله چه چيز مشاهده مي شود؟

چيزي كه از دور ديده مي ود با واقعيت كمي تفاوت دارد. همچنان كه شما به افق نزديك تر مي شويد ناظر حركت شما را آهسته و آهسته تر مي بيند. او هيچ گاه رسيدن شما را به افق نخواهد ديد.

سياهچاله اي را در نظر بگيريد كه از فرو ريختن يك ستاره شكل گرفته است. در حالي كه ماده تشكيل دهنده سياهچاله فرو مي ريزد، ناظر آن را كوچك و كوچك تر مي بيند، همچنين او نزديك شدن شما را مي بيند اما نمي تواند رسيدن به افق را ببيند و اين علت نام گذاري اوليه آنها يعني ستاره هاي منجمد است. چون به نظر مي رسد آن ها در فاصله اي به اندازه كمي بيشتر از شعاع شوارتز شيلد يخ زده اند.

چرا اينگونه به نظر مي رسد؟ مهمترين مطلبي كه در اين مورد عنوان شده يك خطاي نوري است. در حقيقت شكل گرفتن يك سياهچاله يا رسيدن شما به افق زمان نامحدودي نمي برد. وقتي شما به افق نزديك و نزديك تر مي شويد، نوري كه از شما ساطع مي شود به زمان بيشتري نياز دارد تا به ناظر برسد در واقع نوري كه بدن شما در هنگام گذر از افق ناظر ديگر تصويري از شما نمي بيند و حس مي كند رسيدن به افق چه زمان نامحدودي وقت مي برد.

از زاويه ديگري نيز مي شود به اين مسئله نگاه كرد. زمان در نزديكي افق بسيار آرامتر از فضاهاي دورتر سپري مي شود. فرض كنيد فضاپيماي شما براي خروج از افق در حركت است و براي چندين ثانيه آنجا توقف مي كند (با مصرف مقداري زيادي سوخت براي جلوگيري از سقوط به داخل). سپس شما به سمت ناظري مي رويد و به او ملحق مي شويد. متوجه مي شويد در طي اين ايام او سني بيش از شما دارد، در حقيقت زمان براي شما بسيار آهسته تر (كند تر) سپري شده است تا براي او.

به نظر شما كدام يك از اين دو نظريه فريب نور يا كندي زمان درست است؟ جواب بستگي به مختصاتي داردكه طبق آن به بررسي سياهچاله ها بپردازيد. طبق مختصات معمول كه مختصات شوارتز شيلد نام دارد، زماني افق را پشت سر مي گذاريد كه مختصات t (زمان) بي نهايت است. طبق اين مختصات گذر از افق زمان بي نهايت لازم دارد. اما علت اين مطلب اين است كه مختصات شوارتز شيلد تصوير تحريف شده اي از آنچه در اطراف افق مي گذرد به ما مي دهد. در حقيقت درست در افق مختصات كاملا تحريف شده و تغيير يافته اند. در صورتي كه مختصات واحدي را در نزديكي افق انتخاب نكرده ايد متوجه مي شويد كه در هنگام گذر از افق زمان واقعا محدود است. ولي زماني كه ناظر شما را مشاهده مي كند نامحدود است. تشعشات نياز به زمان بي نهايت و نامحدودي دارند تا به چشم ناظر برسند. پس شما مي توانيد از هر دو نوع مختصات استفاده كنيد، در عمل هر دوي آنها درست هستند. فقط دو بيان متفاوت از يك مطلب ارئه مي دهند. درعمل شما از چشم ناظر پنهان خواهيد ماند قبل از اينكه زمان بي نهايت سپري شود. براي يك جسم نوري كه از طرف سياهچاله تابش مي شود به طرف سرخي و طول موجهاي بيشتر مي رود.

بنا براين در صورتي كه شما نور مرئي با طول موجهاي ثابتي ساطع كنيد، ناظر آن را با طول موج بيشتري دريافت خواهد كرد. با نزديك تر شدن شما به افق اين طول موجها افزايش مي يابند. كه درنهايت به تابش هاي نامرئي، مادون فرمز و امواج راديويي خواهند رسيد. در بعضي نقاط طول موجها به قدري زياد خواهند بود كه ناظر نخواهد توانست آن ها را مشاهده كند. از گذشته به خاطر داريد كه نور در دسته هايي به نام فوتون ساطع مي شود. تصور كنيد در حين گذر از افق فوتون هايي ساطع كنيد. قبل از گذشتن از افق آخرين فوتون ها را ساطع خواهيد كرد، اين فوتون ها در زمان محدودي به چشم ناظر خواهند رسيد - به عنوان مثال براي چنان سياهچاله پر جرمي چيزي در حدود 1 ساعت.. و پس از آن ناظر ديگر قادر به ديدن شما نخواهد بود (فوتون هايي كه پس از گذر از افق ساطع مي شوند هيچ گاه به ناظر نمي رسند)...

عکسهایی زیبا از چند کهکشان

ادامه نوشته