شکار سیاهچاله‌های پرجرم

چگونه می‌توانید چیزی که نامرئی است را مشاهده کنید؟ این سوالی اساسی برای افرادی به شمار می‌رود که علاقه آنها پیدا کردن و مطالعه سیاهچاله‌هاست. چرا که سیاهچاله‌ها اجرامی هستند که نیروی گرانش فوق‌العاده بالایی دارند. نیرویی که اجازه نمی‌دهد هیچ چیز،‌ حتی نور هم از دام آن فرار کند. به همین دلیل شما نمی‌توانید آنها را مستقیما ببینید.

خوب، ‌داستان امروز من در باره سیاهچاله‌ها، ‌به یک نوع سیاهچاله خاص مربوط می‌شود. من مایلم به این پرسش پاسخ دهم که بالاخره آیا یک سیاهچاله واقعا پرجرم،‌ از نوعی که ما به آن سیاهچاله ابر پرجرم می‌گوییم، ‌در مرکز کهکشان ما وجود دارد یا نه؟

و دلیلی که این موضوع را هیجان‌انگیز و جالب می‌کند این است که این کار به ما فرصتی می‌دهد تا ببینیم، ‌که آیا این چنین اجرامی واقعا وجود دارند یا خیر؟ و دیگر این‌که فرصتی در اختیار ما می‌گذارد که بفهمیم چنین سیاهچاله ابر پرجرمی چگونه با محیط اطرافش اندرکنش دارد و بفهمیم که این سیاهچاله‌ها چگونه در شکل گیری و تحول کهکشانی که درون آن رشد می‌کنند،‌ تاثیر می‌گذارند.

خوب برای شروع اول باید بفهمیم یک سیاهچاله چیست، تا بتوانیم مدارکی برای اثبات وجود آن پیدا کنیم. خوب، ‌یک سیاهچاله چیست؟ از بسیاری جهات،‌ یک سیاهچاله جسم واقعا ساده‌ای است. چرا که شما می‌توانید یک سیاهچاله را تنها با 3 مشخصه تعریف کنید جرم، چرخش و بار الکتریکی.

ولی من امروز فقط درباره جرم آن صحبت می‌کنم. خوب،‌ با چنین بیانی،‌ سیاهچاله جرم بسیار ساده‌ای به نظر می‌آید اگرچه از سوی دیگر جرمی بسیار پیچیده نیز هست. آنقدر که برای توصیف آن به قوانین عجیب و غریب فیزیک نیازمندیم و حتی در برخی از موارد این جرم درک فیزیکی ما از عالم را به چالش می‌کشد، اما امروز روشی که از شما می‌خواهم به کمک آن یک سیاهچاله را درک کنید: این است که این جرم را شیء در نظر بگیرید که جرمش در حجمی تقریبا معادل صفر متمرکز شده باشد. خوب،‌ با وجود این‌که من دارم با شما درباره جسمی ابر پرجرم صحبت می‌کنم، اما در عین حال دارم به این نتیجه می‌رسم که این جرم فاقد اندازه است.

خوب به نظر کمی نیرنگ‌آمیز می‌آید، اما خوشبختانه یک اندازه مشخص در ارتباط با این اجرام وجود دارد که قابل درک است و آن را به نام شعاع شوارزشیلد می‌شناسیم. نام این شعاع به فردی برمی‌گردد که این مفهوم را ارائه کرد. چرا این شعاع عدد مهمی است؟

چرا که به ما می‌گوید، که هر جسمی می‌تواند به سیاهچاله تبدیل شود یعنی خود شما،‌ نفر بغل دستی،‌ گوشی تلفن همراه و این سالن سخنرانی می‌توانند تبدیل به سیاهچاله شوند به شرط آن که راهی را پیدا کنید که بتوانید آنها را آنقدر فشرده کنید. که همه جرم آنها در عدد شعاع شوارزشیلدشان جمع شود.

خوب در آن نقطه چه اتفاقی می‌افتد؟ در آن نقطه است که گرانش پیروز می‌شود. گرانش بر همه نیروهای شناخته‌شده دیگر برتری می‌یابد و شیء مورد نظر ناچار آنقدر به رُمبِش خود ادامه می‌دهد،‌ تا به جرمی بی‌نهایت کوچک تبدیل شود و در این مرحله یک سیاهچاله خواهیم داشت.

خوب،‌ اگر من سیاره زمین را به اندازه یک حبه قند کوچک کنم،‌ به سیاهچاله تبدیل می‌شود. چرا که اندازه این قند معادل شعاع شوارزشیلد سیاره زمین است.

اکنون،‌ نکته کلیدی این است که ببینیم این شعاع شوارزشیلد چیست؟ این شعاع تنها وابسته به جرم یک جسم است اجرام بزرگ‌تر و چگال‌تر شعاع شوارزشیلد بزرگ‌تری دارند ‌و اجرام کوچک‌تر شعاع کوچک‌تری دارند‌ ،بنابراین اگر من خورشید را انتخاب کنم و آن را تا ابعاد محوطه دانشگاه آکسفورد فشرده سازم‌، به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد. با توجه به این پارامتر کارآمد تنها کاری که برای اثبات وجود یک سیاهچاله باید انجام دهم این است که نشان دهم جرمی وجود دارد‌، که می‌تواند درون شعاع شوارزشیلدش محدود شده باشد.

به طور معمول ما یک کهکشان را به دلیل نور ستاره‌های آن می‌بینیم اما چند نوع کهکشان به نسبت عجیب و غریب وجود دارد که ما آنها را هسته‌های فعال کهکشانی می‌نامیم، ‌چرا که هسته‌های آنها یا مراکز آنها بسیار فعال هستند به طوری که ما در آنجات فقط نور می‌بینیم، اما این مقدار نور نمی‌تواند فقط با کمک مجموع نور ستاره‌های آن منطقه توجیه شود آنجا به نوعی خیلی پر انرژی‌تر از این حرف‌هاست ‌خوب این همان جایی است که برخی فکر می‌کنند شاید سیاهچاله‌ای ابر پرجرم در آن وجود داشته باشد.

اما اگر در کهکشان‌های عادی مانند ما هم سیاهچاله‌ای وجود داشته باشد،‌ چیزی که لازم است فرض کنیم این است که این سیاهچاله در نوعی رژیم غذایی به سر می‌برد.

اگر قرار باشد به دنبال چنین سیاهچاله‌های پنهانی‌، در مرکز کهکشان‌ها باشیم بهترین جایی که می‌توانیم به آن نگاه کنیم، ‌کهکشان خودمان،‌ راه شیری است.

مزیت مطالعه کهکشان خودمان در این مورد به سادگی به این دلیل بر می‌گردد که نزدیک‌ترین مثال از یک مرکز کهکشان است که در اطراف خودمان داریم و ما می‌توانیم جزئیات بیشتری در کهکشان خودمان نسبت به هر کهکشان دیگری ببینیم.

خوب دانشمندان چه‌طور مشخص می‌کنند که جرم بسیار زیادی در آنجا وجود دارد که در حجم اندکی گرد آمده است؟

این همان کاری است که باید روش آن را امروز به شما نشان دهم و ابزاری که برای این کار استفاده می‌کنیم نگاه کردن به ستاره‌هایی است که در اطراف این سیاهچاله می‌گردند‌، ستاره‌ها به همان روشی دور یک سیاهچاله می‌گردند که سیارات خورشید را دور می‌زنند این کشش گرانشی است که باعث گردش چیزی در یک مدار می‌شود تنها چیزی که نحوه حرکت این اجرام را تعیین می‌کند این است که چه مقدار جرم در مرکز مدار این اجرام قرار دارد خوب اگر من بدانم این اجرام چقدر سریع حرکت می‌کنند، جرم را نیز خواهم دانست خوب، من می‌خواهم ستاره‌هایی را ببینم که تا حد امکان به مرکز کهکشان ما نزدیک باشند خوب این به این معنی است که می‌خواهم جزئیات زیادی را در این ناحیه ببینم و با کمک فناوری‌ها جدی خود این آزمایش را برای 15 سال دنبال کردیم و می‌بینیم که ستاره‌ها در حال حرکتند یکی از این ستاره‌ها در 15 سال گذشته مسیرش را دور زده است.

برای خورشید ما 200 میلیون سال طول می‌کشد تا به دور مرکز کهکشان‌مان بچرخد چیزی که ما پیش از این می‌دانستیم حدود 4 میلیون برابر جرم خورشیدمان در آنجا وجود دارد با کمک این آزمایش ما تایید کردیم که همان جرم در جایی بسیار کوچک‌تر واقع شده است در واقع 10 هزار برابر کوچک‌تر از آنچه قبل‌تر تصور می‌شد و به همین دلیل ما توانستیم نشان دهیم که آنچه یک سیاهچاله ابر پرجرم وجود دارد و بخش سرگرم‌کننده این آزمایش این است که درحالی که ما در حال آزمودن حدس‌هایمان درباره نتایج وجود یک سیاهچاله ابر پرجرم که در مرکز کهکشان وجود دارد بودیم و جالب این‌که تقریبا همه آنها با آنچه ما واقعا می‌دیدیم در تضاد بود و در واقع تلاش امروز ما امروز این است که سعی کنیم این تضادها را درک کنیم من امیدوارم در سال‌های آینده تلسکوپ‌های بزرگ‌تری بسازیم. چرا که به خاطر داشته باشید در نجوم، بزرگ‌تر بهتر است خوب، ما می‌خواهیم تلسکوپی 30 متری بسازیم و با این تلسکوپ ما باید بتوانیم ستاره‌های حتی نزدیک‌تری به مرکز کهکشان را مشاهده کنیم و امیدواریم بتوانیم برخی از نظریه‌های اینشتین درباره نسبیت عام را تست کنیم همین‌طور برخی از ایده‌های موجود در کیهان‌شناسی درباره چگونگی پیدایش کهکشان‌ها خوب، ما فکر می‌کنیم آینده این آزمایش بسیار هیجان‌انگیز خواهد بود.

من امیدوارم حداقل شما را قانع کرده باشم، که ما در واقع یک سیاهچاله ابر پرجرم در مرکز کهشکان راه‌شیری داریم و این به این معنی است که این موجودات در جاهای دیگر عالم هم وجود دارند و با چنین ادعایی ما باید توضیح دهیم چطور می‌توانید چنین اجرامی در جهان فیزیکی ما گیر بیندازید دوم، ما باید قادر باشیم تا به اندرکنش‌های آنها نگاه کنیم که چگونه یک سیاهچاله ابر پرجرم رفتار می‌کند و شاید بفهمیم چه نقشی را آنها در شکل دادن به کهکشان‌ها بازی کرده‌اند و چطور عمل می‌کنند و نکته آخر ولی نه کم اهمیت این که هیچ‌کدام از اینها رخ نخواهد داد بدون آن که پیشرفت فوق‌العاده‌ای در مرزهای فناوری‌های موجود به ظهور برسد و ما فکر می‌کنیم این حوزه‌ای است که به سرعت در حال پیشرفت است و چیزهای بسیاری را برای آینده در دستان خود نگاه داشته است.

مترجم: پوریا ناظمی