یافته‌های نو از تصویر جدید سیاهچاله

این توصیف انقلابی گرانش طی صدسال اخیر آزمون‌های متعددی را با موفقیت تجربه كرده است. نظریه نسبیت عام اینشتین وجود پدیده‌هایی حیرت‌انگیز و همچنین اجرام باورنكردنی را پیش می‌كشد.

پدیده‌ای مثل امواج گرانشی یا اجرامی مثل سیاهچاله‌ها. این نظریه می‌گوید اجرامی بسیار فشرده و متراكم در عالم وجود دارد و هیچ چیز را یارای گریز از جاذبه گرانشی شدید آنها نیست. حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار كند. از این روست كه دیده نمی‌شوند؛ سیاه و تاریكند اما وجود دارند! چنین اجرامی سیاهچاله نام گرفتند و دهه‌هاست اخترشناسان به دنبال یافتن آنها هستند.

تحول بزرگ در حوزه شناخت سیاهچاله‌ها كمتر از دو سال پیش رخ داد: اخترشناسان موفق شدند از محیط پیرامون یك سیاهچاله به‌طور مستقیم تصویربرداری كنند. برای نخستین‌بار آدمی یك حلقه نورانی در اطراف سیاهچاله‌ای عظیم در فاصله ۵۵میلیون سال نوری را به نظاره نشست. در مركز كهكشانM۸۷ یك سیاهچاله عظیم جا خوش كرده كه همه چیز را می‌بلعد.

اخترشناسان به كمك مجموعه‌ای از رادیوتلسكوپ‌ها موفق شدند تابش رادیویی گسیل‌شده از محیط پیرامون سیاهچاله مركزی كهكشانM۸۷ را ثبت كنند؛ البته ماده داغ اطراف این سیاهچاله می‌تواند تابش‌های مختلفی گسیل كند ولی همه آنها به ما نمی‌رسد.

در طول موج ۳/۱میلی‌متر امكان دریافت تابش‌های ارسالی از سیاهچاله روی زمین وجود دارد اما به‌تازگی دومین تحول بزرگ اتفاق افتاد. اخترشناسان به كمك قطبیدگی تابش رادیویی دریافتی از این سیاهچاله موفق شدند هندسه میدان مغناطیسی در اطراف آن را مشخص كنند. همچنین به اطلاعات ارزشمندی درباره سیاهچاله مركزیM۸۷ دست یافتند.

امواج رادیویی در واقع از میدان‌های الكتریكی و مغناطیسی در حال نوسان تشكیل شده‌اند. راستای نوسان آنها می‌تواند تغییر كند اما اگر فقط در یك راستا نوسان داشته باشند در آن صورت تابش موردنظر قطبیده است. برای مثال اگر تابش الكترومغناطیسی از محیطی با میدان مغناطیسی شدید عبور كند، آنگاه قطبیده خواهد شد.

با بررسی این تابش قطبیده می‌توان ویژگی‌های محیط نظیر دما، چگالی و حتی شدت و جهت میدان مغناطیسی را تعیین كرد. در مورد سیاهچاله مركزی كهكشانM۸۷ دقیقا چنین كاری انجام شد.

اكنون از سیاهچاله عكسبرداری شده چه می‌دانیم؟

اندازه سیاهچاله مركزی بیش از ۲۰۰برابر فاصله زمین تا خورشید است. تابش رادیویی دریافتی از خود سیاهچاله نیست، بلكه از محیط پیرامون آن است.

این تابش هنگام عبور از محیط پلاسمایی اطراف سیاهچاله قطبیده می‌شود. بر این اساس شدت میدان مغناطیسی در قرص گازی پیرامون سیاهچاله بین یک تا۳۰گوس به‌دست آمد. برای مقایسه توجه كنید كه میدان مغناطیسی در سطح زمین حدود یک‌ گوس است.

از طرف دیگر هندسه میدان مغناطیسی بسیار جالب توجه به‌دست آمد.مدت‌هاست اخترشناسان جت‌هایی پرسرعت از ماده را در اطراف سیاهچاله‌ها رصد می‌كنند. سرعت پرتاب مواد در این جت‌ها بسیار زیاد است و از این رو اندازه‌شان ممكن است به هزاران سال نوری برسد.

پرسش اصلی این است كه چه سازوكاری باعث شده جت‌ها به‌وجود آیند؟ براساس نظریه‌ها یكی از عوامل بسیار موثر میدان مغناطیسی است اما تاكنون شواهد رصدی چندانی از درستی این نظریه‌های پرتاب جت در دست نبود.

تعیین هندسه و شدت میدان مغناطیسی در اطراف سیاهچاله مركزی كهكشانM۸۷ حكایت از آن دارد كه میدان مغناطیسی نقش كلیدی در پرتاب جت در این سامانه دارد. فرآیندی كه به نظر می‌رسد در سایر سیاهچاله‌ها نیز رخ می‌دهد.

اخترشناسان می‌گویند دمای قرص پلاسمایی اطراف سیاهچاله را بین ۱۰میلیارد تا ۱۲۰میلیارد كلوین محاسبه كرده‌اند. (كلوین یك مقیاس مطلق دما در ترمودینامیك است كه در آن صفر مطلق یا سردترین دمای ممكن صفر كلوین نام دارد) دمای این قرص پلاسمایی بسیار بالاتر از دمای مركز خورشید است كه قریب به ۲۷میلیون درجه تخمین زده می‌شود.

این در حالی است كه دمای سطح خورشید ۵۷۷۸كلوین است. همچنین جرم این سیاهچاله حدود شش‌ونیم میلیارد برابر جرم خورشید برآورد می‌شود. به این ترتیب یك سیاهچاله اَبَر پُرجرم در احاطه یك محیط گازی پلاسمایی بسیار داغ و مغناطیده است.

گرانش سیاهچاله ماده داغ پلاسمایی را به سمت خودش می‌كشد و بخشی از آن را می‌بلعد و البته بخش دیگری از همین ماده به‌صورت جت به بیرون پرتاب می‌شود. این میدان مغناطیسی است كه سازوكار موثر و انرژی لازم برای پرتاب پلاسمای داغ را به‌صورت جت فراهم می‌كند.

همچنین اخترشناسان توانستند مقدار جرمی را به‌دست آورند كه درون سیاهچاله مركزی می‌ریزد. این سیاهچاله عظیم سالانه معادل ۱۰۰تا۷۰۰ برابر جرم زمین را می‌بلعد. این كه چه بر سر این ماده می‌آید، دقیقا روشن نیست.

از درون سیاهچاله هیچ تابشی دریافت نمی‌شود؛ بنابراین از سرنوشت ماده ریخته‌شده درون سیاهچاله نمی‌توانیم اطلاعی به‌دست آوریم.

به این ترتیب به نظر می‌رسد اخترشناسان در مطالعه عالم وارد مرحله نوینی شده‌اند. سیاهچاله‌ها كه زمانی كمتر كسی تصور می‌كرد اصلا وجود داشته باشند، اكنون نه‌تنها موجودیت آنها تأیید شده بلكه امكان تصویربرداری مستقیم و مطالعه آنها وجود دارد و در آینده نزدیك شاهد كشفیات حیرت‌انگیز بیشتری در این زمینه خواهیم بود.

دکتر محسن شادمهری - دانشیار گروه فیزیک دانشگاه گلستان / روزنامه جام جم