سیاهچاله منطقه‌ای از فضاست که گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند پس از عبور از افق رویداد فرار کند. ستاره‌شناسان نمی‌توانند سیاهچالهها را مستقیماً ببینند، بنابراین حضور آنها را از تأثیرات روی ماده، نور و فضازمان نزدیک استنتاج میکنند - از طریق دیسک‌های برافزایش، ستارگان دوری و موجاتی به نام موجات گرانشی. دو مشاهده تاریخی - کشف موجات گرانشی LIGO در سال 2015 و تصویر M87 از تلسکوپ Event Horizon در سال 2019 - مفهوم را از نظریه به شواهد مستقیم تبدیل کردند.
این نسخه ترجمهٔ ماشینی متن اصلی (English) است. خواندن متن اصلی
سیاهچالهها به بیش از یک روش تشکیل میشوند، و ستاره‌شناسان آنها را بر اساس جرم به دسته‌های اندازه تقسیم میکنند، نه بر اساس یک داستان منشأ واحد.
چگونه سیاهچالهها تشکیل میشوند
بهترین مسیر درک شده، مرگ ستاره است. طبق پروژه 'تخیل کردن جهان' ناسا، یک سیاهچاله جرم ستارهای زمانی تشکیل می‌شود که یک ستاره بزرگ سوخت هسته‌ای خود را تمام کند و هسته آن تحت نیروی گرانش خود فروپاشی شود، فرایندی که می‌تواند همراه انفجار ابرنواختری باشد. ناسا بیان میکند که این سیاهچالهای جرم ستارهای معمولاً جرمی حدود 5 تا 20 برابر جرم خورشید دارند و در سراسر کهکشانها جایی که ستارگان بزرگ زندگی و مرده‌اند پراکنده‌اند.
در انتهای دیگر مقیاس، سیاهچالهای فوقالعاده بزرگ وجود دارند که در مرکز تقریباً هر کهکشان بزرگ یافت میشوند، با جرمی از میلیونها تا میلیاردها برابر جرم خورشید، بر اساس ناسا. چگونگی تشکیل و رشد این غول‌ها توسط ناسا به عنوان یک حوزه تحقیقاتی فعال توصیف می‌شود، اگرچه مشاهدات ارتباط میان اندازه سیاهچاله مرکزی کهکشان و اندازه خود کهکشان را نشان می‌دهند.
ناسا همچنین یک دسته میانی پیشنهادی را با جرمی بین نطاقات ستارهای و فوقالعاده بزرگ توصیف میکند. ایجنسی توجه می‌دهد که ستاره‌شناسان اخیراً شروع به یافتن شواهد احتملی برای سیاهچالهای جرم میانی کردند، پس از آنکه بسیاری از اجسام نامزد قبلی توسط فرایندهای فیزیکی دیگر توضیح داده شدند.
چگونه ستاره‌شناسان چیزی را تشخیص می‌دهند که نور منتشر نمیکند
سیاهچاله خود را نمی‌توان دید زیرا نور منتشر نمیکند. صفحه 'تخیل کردن جهان' ناسا توضیح می‌دهد که ستاره‌شناسان به جای آن به کشف غیرمستقیم متکی هستند: آنها رفتار اجسام نزدیک را جستجو میکنند که تنها با وجود جرم بسیار بزرگ، متراکم و نامرئی قابل تبیین است. این شامل ماده‌ای است که کشیده شده و به یک دیسک برافزایش درخشان گرم می‌شود، یا ستارگانی که به وضوح حول نقطه‌ای می‌چرخند که هیچ ستارهای در آن دیده نمی‌شود.
یکی از روش‌های تصویربرداری این شاهد غیرمستقیم، تداخل سنجی رادیویی است. تلسکوپ Event Horizon (EHT) مراصد رادیویی سراسر سیاره را با استفاده از تکنیکی به نام تداخل سنجی خط پایه بسیار بلند (VLBI) متصل میکند، که همان‌طور که توسط سایت فیزیک Einstein-Online توضیح داده شد، مشاهدات همزمان از تلسکوپ‌های متعدد را در داده‌ای معادل تلسکوپ واحدی به بزرگی زمین ترکیب میکند. سیاهچاله مستقیماً ظاهر نمی‌شود؛ آنچه EHT ثبت میکند انتشار رادیویی گاز داغ و گردان در دیسک برافزایش است، با منطقه مرکزی تاریک - 'سایه' سیاهچاله - ایجاد شده جایی که نور تحت گرانش شدید حول جسم خم می‌شود.
اولین تصویر: M87
در 10 آوریل 2019، همکاری EHT اولین تصویری را که به این روش ساخته شد منتشر کرد، نشان دهنده سیاهچاله فوقالعاده بزرغ در مرکز کهکشان M87، واقع در حدود 55 میلیون سال نوری از زمین، بر اساس MIT News که درباره انتشار گزارش دادند. MIT News جرم جسم را حدود 6.5 میلیارد برابر جرم خورشید ذکر کرد، با افق رویداد تصویرشده کمی کمتر از 40 میلیارد کیلومتر عرض. کمپین مراقبتی هشت مرصد رادیویی مبتنی بر زمین را ترکیب کرد و بیش از 200 محقق را در سراسر جهان درگیر کرد.
شنیدن سیاهچالهها: موجات گرانشی
روش کشف جداگانه‌ای از نور استفاده نمیکند. در 14 سپتامبر 2015، در ساعت 5:51 صبح بوقت EDT، پرتو‌سنج تداخل‌سنجی موجات گرانشی لیزری (LIGO) اولین کشف مستقیم موجات گرانشی - موجاتی در فضازمان که توسط نسبیت عام اینشتین پیشبینی شده بود - را انجام داد، بر اساس MIT News. سیگنال از دو سیاهچاله، هر کدام حدود 30 برابر جرم خورشید، ادغام شدند تقریباً 1.3 میلیارد سال نوری دور. برخورد انرژی معادل حدود سه جرم خورشید را به موجات گرانشی تبدیل کرد، بر اساس گزارش MIT، برای مدتی کوتاهی بیش از تمام نور در جهان قابل مشاهده را تابش می‌کرد. شناسایی‌های لیزر دوگانه 4 کیلومتری LIGO در لوئیزیانا و واشنگتن تغییری در طول بازو کوچکتر از یک دهم‌هزارم قطر یک پروتون را برای ثبت سیگنال اندازه‌گیری کردند.
LIGO بعداً به شناسایی Virgo در ایتالیا و KAGRA در ژاپن برای تشکیل همکاری LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) پیوست، که Caltech گزارش می‌دهد حدود 300 ادغام سیاهچاله را از 2015 ثبت کرده است، شامل بیش از 200 تنها در مسیر مراقبتی چهارم آن. در نوامبر 2023، همکاری بزرگترین سیاهچالهای ثبت‌شده توسط موجات گرانشی را ادغام مشاهده کرد، رویدادی با نام GW231123، شامل اجسامی حدود 100 و 140 جرم خورشیدی که در یک سیاهچاله حدود 225 جرم خورشیدی ادغام شدند، بر اساس گزارش Caltech.
حقایق کلیدی در نگاه اجمالی
دسته‌های سیاهچاله و نحوه کشف آنها
دسته / رویداد
جرم (جرم خورشیدی)
روش کشف
سیاهچاله جرم ستارهای
~5–20
غیرمستقیم: تأثیرات بر ماده/ستارگان مداری (ناسا)
جرم میانی (پیشنهادی)
دقیقاً توسط ناسا تعریف نشده است؛ نامزدهای تأیید شده کم
غیرمستقیم، نامزدهای تأیید شده محدود (ناسا)
سیاهچاله فوقالعاده بزرگ
میلیونها تا میلیاردها
غیرمستقیم؛ فقط برای M87* و Sagittarius A* تصویربرداری مستقیم (ناسا/EHT)
M87* (اولین تصویر، 2019)
~6.5 میلیارد
تصویربرداری VLBI رادیویی، تلسکوپ Event Horizon
ادغام GW150914 (2015)
~30 + ~30 → سیاهچاله نهایی
تداخل‌سنجی موجات گرانشی، LIGO
ادغام GW231123 (2023)
~100 + ~140 → ~225 نهایی
تداخل‌سنجی موجات گرانشی، LIGO-Virgo-KAGRA
سیاهچالهای این بزرگی توسط مدل‌های استاندارد تکامل ستارهای ممنوع هستند.
— مارک هانام، دانشگاه کاردیف، به نقل از Caltech درباره ادغام GW231123
با هم، دو روش - تصویربرداری ماده‌ای درخشان حول سیاهچاله با تداخل‌سنجی رادیویی، و شنیدن 'جیرجیر' گرانشی دو سیاهچاله مارپیچی - ستاره‌شناسان را روش‌های مستقل و مکمل برای تأیید اینکه یک جسم سیاهچاله است و اندازه‌گیری جرم آن فراهم میکند، اگرچه سیاهچاله خود هیچ چیزی منتشر نمیکند که مستقیماً قابل مشاهده باشد.
پرسش‌ها
آیا میتوانیم واقعاً یک سیاهچاله را ببینیم؟
خیر - سیاهچاله خود نور منتشر نمیکند. آنچه تلسکوپهایی مثل تلسکوپ Event Horizon ثبت میکنند، انتشار رادیویی گاز داغی است که حول آن میچرخد (دیسک برافزایش)، با 'سایه' تاریک جایی که سیاهچاله نور را مسدود و خم میکند، بر اساس Einstein-Online و ناسا.
چگونه سیاهچالهها تشکیل میشوند؟
سیاهچالهای جرم ستارهای زمانی تشکیل میشوند که سوخت ستاره بزرگی تمام شود و هسته آن فروپاشی شود، گاهی در یک ابرنواخترک، بر اساس ناسا. چگونگی تشکیل سیاهچالهای فوقالعاده بزرگ در مراکز کهکشانها هنوز یک حوزه تحقیقاتی فعال است، بر اساس ناسا.
اولین تصویر مستقیم از سیاهچاله چه بود؟
در 10 آوریل 2019، همکاری تلسکوپ Event Horizon تصویری از سیاهچاله فوقالعاده بزرگ در کهکشان M87 منتشر کرد، در حدود 55 میلیون سال نوری دور، ساختهشده از دادههای رادیویی جمعآوریشده توسط هشت مرصد، بر اساس MIT News.
موجات گرانشی چیست و چگونه به سیاهچالهها مرتبطاند؟
موجات گرانشی موجاتی در فضازماناند که توسط نسبیت عام اینشتین پیشبینی شدند؛ LIGO اولین کشف مستقیم را در 14 سپتامبر 2015 انجام داد، از دو سیاهچاله ادغامشده حدود 30 جرم خورشیدی هر کدام، در حدود 1.3 میلیارد سال نوری دور، بر اساس MIT News.
سیاهچالهها چقدر میتوانند بزرگ شوند؟
سیاهچالهای جرم ستارهای معمولاً 5–20 برابر جرم خورشیداند (ناسا)، در حالی که سیاهچالهای فوقالعاده بزرگ از میلیونها تا میلیاردها جرم خورشیدی متغیر هستند؛ سیاهچاله تصویرشده در M87 در 2019 جرمی حدود 6.5 میلیارد خورشید دارد، بر اساس MIT News.
ستاره‌ها زمانی تشکیل می‌یابند که گرانش ابرهای سرد گاز و غبار را فروریزد تا هسته‌ای به حدود 10 میلیون کلوین برسد، دمایی کافی برای آغاز جوش هیدروژن. از آنجا، جرم ستاره تمام چیزهای دیگر را تعیین میکند: مدت زمانی که می‌درخشد، نحوه مرگ آن، و اینکه آیا یک کوتوله سفید، یک ستاره نوترونی، یا یک سیاهچاله به جا می‌گذارد.
راکت‌ها با طرد گاز احتراق در یک جهت حرکت میکنند تا وسیله نقلیه در جهت مخالف تدفع شود، طبق قانون سوم نیوتن برای حرکت. رانش به میزان جریان جرم گاز احتراق در هر ثانیه و سرعت خروج آن از نازل بستگی دارد، در حالی که ماندن در مدار به تعادل سرعت رو به جلو در برابر کشش گرانش بستگی دارد. طراحی‌های چند مرحله‌ای و در برخی مأموریت‌ها، تحریک الکتریکی برای مدیریت میزان بسیار زیاد سوخت مورد نیاز برای پرواز فضایی استفاده می‌شود.
آموزش فضانوردان فرآیندی چند ساله است که با غربالگری انتخاب برای تحصیلات، تجربه و تناسب اندام شروع می‌شود، سپس به سال‌های آموزش زمینی قبل از هر پرواز تبدیل می‌شود. بر اساس ناسا و آژانس فضایی اروپا (ESA)، نامزدها سیستم‌های فضاپیما را یاد می‌گیرند و پیاده‌روی فضایی را زیر آب تمرین میکنند، و نامزدهای ESA نیز روسی را مطالعه میکنند، درحالی‌که زندگی در ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) طبق برنامه روزانه ثابتی از کار، ورزش و خواب انجام می‌شود.
سیاهچاله منطقه‌ای از فضا است که گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند پس از عبور از افق رویداد فرار کند. اکثر آنها زمانی تشکیل می‌یابند که یک ستاره بسیار بزرگ سوخت هسته‌ای خود را تمام کند و هسته آن فروریزد؛ نسخه‌های ابرجرم در مراکز کهکشانها طی میلیاردها سال رشد میکنند. تصاویر مستقیم و کشف‌های امواج گرانشی وجود آنها را تایید کرده و نسبیت عام اینشتین را بررسی کرده‌اند.
