سیاه چاله چیست؟

سیاه چاله یک شئی با نیروی جاذبه بسیار قوی است که هیچ چیز (حتی نور) نمی تواند از میدان جاذبه آن بگریزد. کارل شوارتزشیلد – ستاره شناس آلمانی – در سال 1907 میلادی وجود سیاهچاله ها را در فضا پیش بینی کرد. او از لحاظ تئوری ثابت کرد که سیاه چاله ها زمانی به وجود می آیند که ستارگان غول پیکر به مرحله مرگ می رسند.

ستارگان طی چند میلیارد سال، روند تکاملی خود را طی می کنند. دو نیرو باعث می شود که اندازه یک ستاره در حد طبیعی حفظ شود.

1. مواد موجود در ستاره در اثر حرارت بسیار بالا منبسط می شوند؛ در نتیجه نیرویی به وجود می آید که آنها را از یکدیگر دور می کند.
2. از طرف دیگر، نیروی جاذبه بسیار زیاد، مواد تشکیل دهنده ستاره را به سوی خود جذب می کند.

پس از گذشت چند میلیارد سال از عمر ستاره، سوخت آن کاهش می یابد و دمای هسته پایین می آید. در این حالت، نیروی جاذبه بیشتر از نیروی ناشی از انبساط می شود. پس از آن، بتدریج ستاره دچار فروپاشی شده، حرارت و فشار درونی آن بالا می رود. در این مرحله، واکنش های هسته ای جدید رخ می دهد و سطح خارجی ستاره در اثر فشار ناشی از این واکنش ها، مجدداً منبسط می شود. به این ترتیب، ستاره به یک غول سرخ تبدیل می شود.

اندازه غول سرخ هزاران برابر بیشتر از اندازه اولیه ستاره است. سرانجام پس از میلیون ها سال این واکنش های هسته ای نیز به پایان می رسند و ستاره در اثر نیروی جاذبه اش فرو می پاشد و به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. ستاره وقتی به صورت کوتوله سفید در می آید، بسیار فشرده می شود. این فشردگی به حدی زیاد است که موجب شکسته شدن اتم های داخل ستاره می شود. در این مرحله، دیگر واکنش های هسته ای صورت نمی گیرند؛ ولی انرژی ناشی از فروپاشی، گرما تولید می کند و کوتوله سفید با درخشش کم از خود نور منتشر می کند. پس از آن، بتدریج این انرژی به اتمام می رسد و ستاره سرد می شود. در این مرحله، عمر ستاره به پایان می رسد و به یک کوتوله سیاه تبدیل می شود که هیچ نوری ندارد و دیده نمی شود.

اگر جرم ستاره در زمان فروپاشی بین 1.4 تا 3 برابر جرم خورشید منظومه شمسی باشد، در اثر نیروی جاذبه حاصل از فروپاشی به مرحله بعد از کوتوله سفید نمی رسد. ولی اگر جرم آن بیش از این مقدار باشد، در اثر برخورد پروتون ها و الکترون ها، نوترون تولید می شود. در این حالت به ستاره، ستاره نوترونی می گویند. ستاره های نوترونی بسیار فشرده اند و چگالی بالایی دارند.

اندازه ستاره نوترونی  کوتوله سفید و نیروی جاذبه آن 10 میلیارد برابر ستاره اولیه است. نوری که از ستاره نوترونی ساطع می شود، انرژی آن را کاهش می دهد؛ در نتیجه اندازه آن بیش از پیش کاهش می یابد. پس از آن، ستاره به مرحله ای می رسد که هیچ نوع تشعشعی از آن خارج نمی شود. در این مرحله، چگالی ستاره به اندازه ای زیاد می شود که حتی نور نیز نمی تواند از میدان جاذبه اش بگریزد. به این ترتیب ستاره دیگر دیده نمی شود و به سیاه چاله تبدیل می شود. در واقع می توان گفت سیاه چاله، کوچکترین و چگال ترین شئی موجود در جهان است و می تواند از خود اشعه ایکس منتشر کند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «سیاه چاله چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا کتاب چرا، چطور، چگونه؟، نوشته ی دکتر سونیتا گوپتا و دکتر نینا آگراوال و ترجمه پریسا همایون روز و پریچهر همایون روز از موسسه نشر و تحقیقات ذکر، منتشر شده در تیر 1393 با شابک 978-964-307-221-6 به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.