ناسا سیاه چاله را منطقهای با جاذبه بسیار قوی تعریف میکند که هیچ چیز، حتی نور، نمیتواند از آن فرار کند. مرز قابل مشاهده در اطراف این منطقه افق رویداد نام دارد: نقطه‌ای که سرعت لازم برای فرار از جاذبه از سرعت نور بیشتر است، طبق نمای رسمی ناسا در مورد سیاه چالهها.
طبق سایت آموزشی ناسا برای عموم، داخل این مرز، باقیماندهٔ ماده از ستارهای فروپاشی شده گمان می‌رود در نقطه‌ای بی‌نهایت کوچک به نام تکینگی فشرده شود. با وجود اندازهٔ بسیار کوچک آن، کشش جاذبه‌اش هر چیز در داخل افق رویداد را کنترل میکند.
نحوه تشکیل سیاه چاله ستارهای
ناسا بیان میکند که سیاه چاله جرم ستارهای زمانی تشکیل می‌شود که ستارهای با بیش از تقریباً 20 بار جرم خورشید، سوخت هستهای خود را تمام کند و تحت وزن خود فروپاشی کند. فروپاشی یک ابرنواختر را تحریک میکند که لایه‌های بیرونی ستاره را دور می‌ریزد، در حالی که هسته به سقوط خود ادامه می‌دهد. هنگامی که هسته فروپاشیده بیش از تقریباً سه جرم خورشیدی تجاوز کند، ناسا یادآوری میکند، فروپاشی در سیاه چالهای اجتناب‌ناپذیر می‌شود زیرا هیچ نیروی شناخته شده‌ای نمیتواند آن را متوقف کند.
ستاره معمولاً شکل خود را حفظ میکند زیرا فشار بیرونی از همجوشی هستهای با کشش درونی جاذبه‌اش تعادل دارد. هنگامی که سوخت تمام شود، این تعادل از بین می‌رود، و جاذبه هسته را فشرده میکند تا سیاه چاله تشکیل شود، طبق همان توضیح ناسا.
نه همهٔ سیاه چالهها یک اندازه هستند
نمای ناسا در مورد سیاه چالهها، چندین دسته را بر اساس جرم متمایز میکند. سیاه چالههای جرم ستارهای از حدود سه تا چندین دهتایی جرم خورشیدی متغیر هستند و در سرتاسر کهکشان راه شیری پراکنده هستند. سیاه چالههای فوقالعاده جرمی، که در مراکز اکثر کهکشان‌های بزرگ از جمله کهکشان ما یافت میشوند، وزن بین 100,000 تا میلیارد جرم خورشیدی دارند.
دسته سوم، سیاه چالههای جرم متوسط که تقریباً 100 تا بیش از 10,000 جرم خورشیدی وزن دارند، مدت‌ها مشکوک بود و تنها تعداد معدودی نامزد از طریق شواهد غیرمستقیم شناسایی شده بود، طبق ناسا. ناسا تشخیص امواج گرانشی سال 2019، که در زیر پوشش داده شده است، را به عنوان قانع‌کننده‌ترین نمونهٔ این دسته تا به امروز توصیف میکند.
دسته‌های سیاه چاله بر اساس جرم (ناسا)| دسته | جرم معمولی | کجا یافت می‌شود |
|---|
| جرم ستارهای | تقریباً 3 تا دهها جرم خورشیدی | در سرتاسر کهکشان راه شیری |
|---|
| جرم متوسط | تقریباً 100 تا بیش از 10,000 جرم خورشیدی | قانع‌کننده‌ترین نمونه از ادغام امواج گرانشی 2019 (GW190521) |
|---|
| فوقالعاده جرمی | 100,000 تا میلیارد جرم خورشیدی | مراکز اکثر کهکشان‌های بزرگ |
|---|
اثباتی که به دیدن نور متکی نیست
از آنجا که سیاه چالهها نور ساطع نمی‌کنند، دانشمندان وجود آنها را به طور غیرمستقیم تأیید می‌کنند. ناسا به چندین روش اشاره میکند: تشخیص اشعه ایکس و امواج رادیویی از ماده‌ای که تا دمای شدید نزدیک افق رویداد گرم شده است، مشاهده جت‌های ذرات که نزدیک سرعت نور حرکت می‌کنند و اشعه رادیویی، اشعه ایکس و امواج گاما ساطع می‌کنند، و تشخیص امواج گرانشی — تموجات در زمان-فضا که برای اولین بار در 2015 از رویدادی به نام GW150914 اندازه‌گیری شد، زمانی که دو سیاه چاله به یکدیگر خورند و ادغام شدند، طبق ناسا.
روش امواج گرانشی بعداً اولین سیاه چاله جرم متوسط تأیید‌شده را تولید کرد. همکاری علمی LIGO و همکاری Virgo در 2 سپتامبر 2020 اعلام کردند که سیگنالی را، با نام GW190521، از رویدادی که در 21 می 2019 رخ داد، تشخیص داده‌اند، طبق صفحهٔ تشخیص رسمی LIGO. دو سیاه چاله با جرم تقریباً 85 و 66 جرم خورشیدی در یک باقیماندهٔ منفرد از 142 جرم خورشیدی ادغام شدند — اولین تشخیص روشن سیاه چاله جرم متوسط، طبق LIGO.
LIGO همچنین توجه می‌دهد که ادغام از نظر علمی قابل توجه است زیرا جرم‌های مولد در درون ما به اصطلاح شکاف جرم عدم‌استقرار جفت قرار دارند، محدوده‌ای (تقریباً 65 تا 120 جرم خورشیدی) که نظریهٔ استاندارد فروپاشی ستاره، پیش‌بینی نمیکند سیاه چالهها مستقیماً تشکیل شوند، نشان می‌دهد اشیاء ممکن است خود از ادغام‌های قبلی نتیجه گرفته شده‌اند.
دیدن سایهٔ سیاه چاله
فراتر از تشخیص غیرمستقیم، ستاره‌شناسان تصویر مستقیمی تولید کرده‌اند. تلسکوپ افق رویداد، شبکه‌ای جهانی از رصدخانه‌های رادیویی، اولین تصویر سیاه چاله را در 2019 منتشر کرد — یکی در مرکز کهکشان M87، برآوردشده در 6.5 میلیارد جرم خورشیدی و تقریباً 55 میلیون سال نوری دور، طبق نمای ناسا در مورد سیاه چالهها.
تصویر حلقهٔ روشن گاز درخشان را نشان می‌دهد که یک «سایهٔ» مرکزی تاریک را احاطه کرده است، سایهٔ افکنده شده توسط افق رویداد سیاه چاله در مقابل نور از ماده‌ای که سقوط میکند.
آنچه باقی‌مانده نامعلوم است
طبق ناسا، منشأ سیاه چالههای فوقالعاده جرمی هنوز ضعیفاً درک شده است، هرچند شواهد نشان می‌دهند آنها قبلاً در تاریخ بسیار اولیهٔ کهکشانها موجود بودند.
