سیاه چاله ها ناحیه ای در فضا با نیروی گرانشی بسیار زیادی هستند به طوری که نور و ستاره ها را می بلعند. اما این هیولاها چگونه متولد شده و چه اتفاقاتی درون آنها رخ می دهد؟

سیاهچاله به قسمتی از فضا می گویند که جرم بسیار زیادی دارد. بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین پس از مرگ ستاره ای سنگین ناحیه ای با جرم سنگین از آن باقی می ماند که اگر جرم ناحیه باقیمانده، بیشتر از 3 برابر جرم خورشید باشد، نیروی گرانشبا غلبه بر دیگر نیروها منجر به متمرکز شدن جرم شده و سیاه چاله تشکیل می شود.

جرم یک قاشق غذاخوری از سیاه چاله، 900 میلیارد تن می باشد. سیاهچاله ها با کمک نیروی جاذبه خود توانایی ربایش هرچیزی حتی نور را دارند، هر ماده ای از اطراف سیاهچاله عبور کند، به صورت مارپیچی به سوی سرنوشت نامعلومی می رود و سیاهچاله آن را به درون خود می کشد.
با اینکه بیش از صد سال از ارائه نظریه نسبیت عام انیشتین گذشته اما سیاهچاله ها هنوز نیز برای ما مبهم باقی مانده اند، با این حال اطلاعات جالبی از آن ها در این بخش آورده ایم که دانستن آن برایتان جالب خواهد بود.

سیاهچاله ها چگونه متولد می شود؟

سیاهچاله ها از مرگ ستاره های بسیار سنگین مخصوصا ستاره های نوترونی متولد می شوند. ستاره ها رآکتورهای همجوش عظیمی هستند که به دلیل بزرگ بودن بیش از اندازه و وجود گاز میدان گرانشی شدیدی درونشان شکل گرفته و ستاره از درون منهدم می شود.
در صورت زیاد بودن جرم کلی یک ستاره، نیروی گرانشی منجر به کوچک تر شدن شعاع ستاره شده و زمانی که شعاع ستاره تا اندازه ای خاص کوچک شود، زمان روی ستاره نسبت به ناظر بیرونی متوقف می شود. این لحظه، همان زمان تشکیل سیاه چاله می باشد. این شعاع خاص را «افق رویداد» می گویند.

افق رویداد همانند دهان یک سیاهچاله است، اگر چیزی وارد آن شود، همه رویدادهایی که در فضا - زمان رخ می دهند متوقف خواهند شد و هیچ چیز، حتی نور با سرعت عجیب خود هم نمی تواند از آن فرار کند. به شعاع یک افق رویداد، شعاع شوارتزشیلد هم می گویند که بر اساس نام ستاره شناس آلمانی برگزیده شده است.
سیاه چاله هایی بزرگ تر نیز می توانند از برخورد اجسام میان ستاره ای متولد شوند. در نتیجه برخورد یک ستاره نوترونی و یک سیاه چاله انفجاری بزرگ رخ می دهد که منجر به تشکیل سیاه چاله ای بزرگ تر خواهد شد.

چگونه یک سیاهچاله را شناسایی می کنند؟

حرکت اجسام اطراف یک سیاهچاله
از طریق حرکت اجسام اطراف یک سیاهچاله آن را شناسایی می کنند. در صورتی که یک سیاه چاله از ناحیه ای از فضا عبور کند، تمام اجسامی که اطراف آن وجود دارند، به درون سیاه چاله مکیده می شوند. در نزدیکی سطح سیاه چاله قطر و چگالی میدان گرانشی بسیار زیاد است. اگر شما به سمت یک سیاه چاله نزدیک شوید، به دلیل تفاوت اندازه نیروی جاذبه روی سر شما و روی پاهایتان، بدنتان به درون سیاه چاله مکیده خواهد شد.

امواج گرانشی
استفاده از امواج گرانشی یکی از راه های کشف سیاهچاله ها است. هر جرم اختری از حیث شکل نامتقارن تششع، ممکن است یک منبع قابل اکتشاف مشخص به وجود آورد. با مکیده شده هر جسمی به درون سیاه چاله دمای آن به هزاران درجه کلوین می رسد و شتاب زیادی می گیرد. این اجرام امواج مختلفی را گسیل می کنند که ساده ترین آن اشعه ایکس است.
اگر یک سیاه چاله حرکت مداری داشته باشد، آغاز به کشیدن فضا-زمان به دور افق رویداد می کند. این گردش فضا به دور افق رویداد را کارکُره (ergosphere) می گویند و شکل بیضی دارد. هسته ستاره متلاشی شده به عنوان مرکز سیاه چاله یا تکینگی را نقطه یکتایی و دهانه سیاه چاله را " افق رویداد" یا Event Horizon می گویند.

تشعشعات
هنگام عبور سیاه چاله از کنار یک ستاره، ستاره از هم پاشیده شده، به صورت دیسک در می آید و توسط سیاه چاله بلعیده می شود؛ به این فرآیند برافزایشی گفته و به دیسک بوجود آمده نیز قرص برافزایشی دیسک می گویند. زمانی که سیاهچاله ستاره را می بلعد، موادِ ستاره، شتاب گرفته و با افزایش سرعت آن ها تابش پرتو های ایکس را خواهیم داشت.
تحقیقات جدید نشان داده است که سیاه چاله ها پرتوهای شدید گاما تابش می کنند، این پرتوها سبب نابود شدن ستاره های اطراف سیاه چاله و تشکیل ستاره های جدید می شود.

انواع سیاهچاله ها

دو مدل سیاهچاله به نام، Schwarzschild سیاهچاله های ثابت و سیاهچاله های چرخانKerr وجود دارند. ساده ترین مدل سیاهچاله های شوارتزشیلد می باشند که هسته آن ها حالت چرخشی نداشته و تنها یک تکینگی و یک افق رویداد دارند.
معمول ترین مدل سیاهچاله ها نیز سیاهچاله Kerr هستند که حالت چرخان دارند زیرا ستاره ای که سیاهچاله از آن به وجود آمده در حال چرخش بوده و زمان فروپاشی از هم، هسته به چرخش خود ادامه می دهد؛ به همین دلیل بعد از تشکیل سیاهچاله، چرخش بنا به قانون پایستگی تکانه زاویه ای ادامه دارد.
سیاهچاله Kerr از تکینگی - هسته ی ستاره ی منهدم شده، افق رویداد - ورودی سیاهچاله و ارگوسفر یا کارکُره که ناحیه ای است که که دور تا دور افق رویداد را پوشانده و به خاطر چرخش سیاهچاله ایجاد می شود، حد استاتیک - مرز میان ارگوسفر و فضای حقیقی تشکیل شده است.

سیاهچاله ها در اندازه متفاوتند

از زمان های گذشته کیهان شناسان معتقد بودند که سیاه چاله ای با اندازه متوسط وجود ندارد و سیاه چاله ها از نظر اندازه در دو دسته بندی کاملا متفاوت کوچک و بزرگ وجود دارند. قرار می گیرند. اما اطلاعات اخیر بدست آمده از رصد خانه چاندرا نشان می دهد که سیاه چاله های با اندازه متوسط نیز وجود دارند.
در کهکشان راه شیری، بین 10 تا 1000 میلیون سیاه چاله با اندازه معمولی وجود دارد که نتیجه مرگ ستاره های سنگین هستند. این سیاهچاله ها جرمی بین 10 تا 24 برابر خورشید دارند و ستاره شناسان آنها را با استفاده از قرص برافزایشی تشکیل شده در اطرافشان، شناسایی می کنند.

در مراکز کهکشان ها و حتی در مرکز کهکشان ما سیاه چاله هایی غول پیکر به نام «ابرسیاه چاله» (Supermassive Black Hole) وجود دارند که میلیون ها برابر خورشید هستند که ستاره شناسان آنها را با استفاده از حرکت توده اجرام فضایی در اطرافشان شناسایی می کنند.

نحوه تشکیل ابرسیاه چاله ها اینگونه است که هنگامی که ستاره های سنگین در خوشه های ستاره ای با یکدیگر به صورت زنجیره ای برخورد می کنند، ستاره هایی سنگین تر ایجاد می شوند و از فروپاشی شده این ستاره ها سیاه چاله به وجود می آید. نهایتا خوشه های ستاره ای توسط این سیاه چاله ها مکیده شده و با در آمیخته شدن سیاه چاله ها، ابرسیاه چاله ها را بوجود می آیند.