آیا سیاه چاله ها می میرند؟
رویداد۲۴| سیما صابری: حتما تا الان می‌دانید که فضای خالی موجود در فضا در واقع خالی نیست. فضای بین ستاره‌ای اگرچه حاوی جرم یا انرژی نیست، اما در آن «میدان‌های کوانتومی» که جرم و انرژی را تعریف می‌کنند، همچنان وجود دارند. این میدان‌ها، به دلیل اینکه لازم نیست انرژی صفر داشته باشند، می‌توانند جفت‌هایی از «ذرات مجازی» ایجاد کنند که معمولاً یک جفت ذره و ضد ذره است که به سرعت یکدیگر را نابود می‌کنند.
اما، طبق توضیح رایج، در نزدیکی یک سیاه‌چاله، ممکن است یکی از آن ذرات داخل سیاه‌چاله ناپدید شود، در حالی که دیگری به عنوان «تابش هاوکینگ» بتوانند فرار کند.
مرگ سیاه چاله ها به چه معنا است؟
برای حفظ انرژی کل سیاه‌چاله، ذره‌ای که به داخل می‌افتد باید «انرژی منفی» (و در نتیجه «جرم منفی») داشته باشد و ذره‌ای که فرار می‌کند باید انرژی مثبت داشته باشد.
تابش هاوکینگ نتیجه تأثیرات گرانش بر فضا-زمان است. میدان‌های کوانتومی در فضای خالی از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ تبعیت می‌کنند، به این معنی که محدودیتی در میزان دقتی که می‌توانیم از انرژی آنها بدانیم، یا زمانی که می‌توان به طور مشخص به آنها انرژی اختصاص داد، وجود دارد.
از آنجایی که میدان گرانشی فضا-زمان را خم می‌کند و گذر زمان محلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد، این بدان معناست که نواحی از فضا-زمان با انحناهای گرانشی متفاوت نمی‌توانند بر انرژی میدان‌های کوانتومی توافق کنند.
این تفاوت در انرژی خلاء در مکان‌های مختلف میدان گرانشی یک سیاه‌چاله است که باعث ایجاد آنچه به عنوان «ذرات مجازی» شناخته می‌شود، می‌گردد.
فرار انرژی مثبت از یک سیاه‌چاله به تدریج جرم و انرژی آن را کاهش می‌دهد. بنابراین، سیاه‌چاله‌هایی که فعالانه ماده جدیدی را جذب نمی‌کنند، به آرامی کوچک می‌شوند و در نهایت ناپدید می‌شوند و در واقع به این ترتیب می‌میرند.
بیشتر بخوانید: کشف جدید درباره ستارگان اولیه| اولین ستارگان چگونه متولد شدند؟
با این حال، مقیاس‌های زمانی برای این فرآیند بسیار عظیم هستند. برای مثال، یک سیاه‌چاله با جرمی معادل جرم خورشید ۱۰ به توان ۶۴ سال طول می‌کشد تا تبخیر شود. جالب است بدانید که عمر جهان تنها در حدود ۱۰ به توان ۱۰ سال است.
سیاه چاله چیست؟
سیاه‌چاله‌ها اجرام کیهانی بسیار متراکمی هستند که دارای گرانشی بسیار قوی‌اند، به طوری که هیچ چیزی، حتی نور، نمی‌تواند از میدان گرانشی آنها فرار کند. این اجرام زمانی تشکیل می‌شوند که یک ستاره بزرگ پس از مصرف سوخت هسته‌ای خود، در یک انفجار ابرنواختری فروپاشیده و تمام جرم خود را در یک نقطه بسیار کوچک و پرچگال، که به عنوان "تکینگی" شناخته می‌شود، متمرکز می‌کند. این نقطه از چگالی بی‌نهایت و حجم نزدیک به صفر برخوردار است و در اطراف آن یک افق رویداد ایجاد می‌شود که مرزی است که پس از آن هیچ چیز نمی‌تواند بازگردد.
افق رویداد سیاه‌چاله همان ناحیه‌ای است که در آن سرعت فرار از سیاه‌چاله از سرعت نور فراتر می‌رود. این بدان معناست که هر چیزی که به افق رویداد نزدیک شود، توسط گرانش شدید سیاه‌چاله به درون آن کشیده شده و ناپدید می‌شود. سیاه‌چاله‌ها را نمی‌توان به طور مستقیم مشاهده کرد، زیرا نور از آنها فرار نمی‌کند، اما اثرات آنها بر روی مواد اطراف و تابش‌های ناشی از آنها قابل مشاهده است. این تابش‌ها اغلب از دیسک‌های برافزایشی تشکیل می‌شوند، که حاصل جذب مواد توسط سیاه‌چاله‌ها هستند و می‌توانند بسیار روشن باشند.
سیاه‌چاله‌ها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای که از فروپاشی ستارگان بزرگ تشکیل می‌شوند، سیاه‌چاله‌های جرم متوسط که اندازه و جرم کمتری نسبت به سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم دارند، و سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم که در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند و جرم آنها میلیون‌ها تا میلیاردها برابر جرم خورشید است. این سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم نقش مهمی در شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها دارند.
یکی از جنبه‌های شگفت‌انگیز سیاه‌چاله‌ها این است که با گذشت زمان، حتی آنها هم می‌توانند تبخیر شوند. طبق نظریه‌ها، سیاه‌چاله‌ها می‌توانند تابشی به نام تابش هاوکینگ از خود منتشر کنند که باعث کاهش جرم آنها می‌شود. این فرآیند بسیار کند است و ممکن است میلیاردها یا حتی تریلیون‌ها سال طول بکشد تا یک سیاه‌چاله کوچک به طور کامل تبخیر و ناپدید شود. این پدیده نشان می‌دهد که حتی اجرام به ظاهر ابدی مانند سیاه‌چاله‌ها نیز ممکن است در نهایت به پایان برسند.
سیاه چاله‌ها چگونه تشکیل می‌شوند؟
سیاه‌چاله‌ها زمانی تشکیل می‌شوند که یک ستاره بزرگتر از حدود ۸ برابر جرم خورشید پس از پایان دوره عمر خود، سوخت هسته‌ای خود را به اتمام می‌رساند. در طول عمر یک ستاره، نیروهای گرانشی که سعی در فشرده کردن ستاره دارند، با فشار ناشی از واکنش‌های هسته‌ای درون هسته ستاره تعادل برقرار می‌کنند. اما وقتی که سوخت هسته‌ای ستاره تمام می‌شود، این تعادل به هم می‌خورد و نیروی گرانش، ستاره را به درون خود فرو می‌ریزد، باعث فروپاشی سریع هسته آن می‌شود. این فروپاشی می‌تواند منجر به انفجاری بزرگ به نام ابرنواختر شود.
در طول این فروپاشی، اگر جرم هسته باقی‌مانده از حد معینی فراتر رود (حدود ۲ تا ۳ برابر جرم خورشید)، نیروی گرانشی به قدری قوی می‌شود که هیچ نیرویی نمی‌تواند جلوی فشرده شدن بیشتر آن را بگیرد. در نتیجه، هسته به یک نقطه بی‌نهایت کوچک و چگال به نام "تکینگی" فرو می‌ریزد. این نقطه از چگالی بی‌نهایت برخوردار است و در اطراف آن یک منطقه ایجاد می‌شود که به عنوان افق رویداد شناخته می‌شود. هر چیزی که به این افق رویداد نزدیک شود، دیگر نمی‌تواند از نیروی گرانش فرار کند و به درون سیاه‌چاله کشیده می‌شود.
به جز سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای که از فروپاشی ستاره‌های بزرگ تشکیل می‌شوند، دسته‌ای دیگر از سیاه‌چاله‌ها به نام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم نیز وجود دارند که در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند. این سیاه‌چاله‌ها از طریق تجمع جرم در طول میلیاردها سال یا از طریق ادغام چندین سیاه‌چاله کوچک‌تر تشکیل می‌شوند. آنها نقش مهمی در شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها ایفا می‌کنند و جرم آنها می‌تواند به میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید برسد.
چاه سیاه
خط شکست