سياهچاله در فضا - زمان فرورفتگى ايجاد مى كند

ترجمه: فرشيد كريمى


دانشمندان مى گويند يك سياهچاله در حال چرخش كه در صورت فلكى عقرب قرار دارد يك فرورفتگى پايدار در ساختار فضا- زمان ايجاد كرده است. اين فرورفتگى نوعى پديده است كه در فرضيه نسبيت عام اينشتين پيش بينى شده بود و حركت ماده كه به درون سياهچاله سقوط مى كند را تحت تاثير قرار مى دهد. فرورفتگى فضا- زمان غيرقابل رويت است اما دانشمندان وجود آن را با رديابى دو فركانس پرتو ايكس گسيل شده از اين سياهچاله نتيجه گيرى كردند. اين فركانس ها مشابه گسيل هايى هستند كه ۹ سال قبل مشاهده شدند. اين يافته به دانشمندان كمك مى كند تا چرخش سياهچاله را محاسبه كنند. اندازه گيرى اين چرخش براى توضيح رفتار سياهچاله بسيار ضرورى است.
• پرتوهاى ايكس چشمك زن
سياهچاله زمانى به وجود مى آيد كه ستاره هاى بسيار حجيم سوخت خود را به اتمام مى رسانند. هسته آنها با فشرده شدن به يك نقطه با چگالش بى نهايت تبديل مى شود و لايه هاى بيرونى آنها در نتيجه انفجار قدرتمند ابرنواخترى به درون فضا پرتاب مى شوند. در يك محدوده فرضى موسوم به «افق رويداد» گرانش سياهچاله آنقدر قدرتمند است كه هيچ چيز _ حتى نور- نمى تواند از آن فرار كند. فركانس هاى پرتو ايكسى كه توسط گروهى از دانشمندان رديابى شدند از ناحيه اى بيرون از افق رويداد سياهچاله GRO J1655 -40 كه حدود ۱۰ هزار سال نورى از زمين فاصله دارد منتشر مى شوند. اين سياهچاله هفت برابر بزرگتر از خورشيد است و گاز يك ستاره مجاور را به درون خود مى مكد.سياهچاله مذكور طى دوره هاى كوتاهى پرتوهاى ايكس شديدى از خود منتشر مى سازد و به دنبال آن دوره هاى طولانى ترى از آرامش را تجربه مى كند. دانشمندان تصور مى كنند كه اين الگو از پرتوهاى ايكس چشمك زن مربوط به چگونگى تجمع ماده در اطراف سياهچاله است.
گاز مكيده شده از ستاره مجاور به تدريج به شكل يك قرص در اطراف سياهچاله انباشته مى شود. اين پروسه براى چند سال ادامه دارد. در حالى كه اين انباشتگى رخ مى دهد، سياهچاله گاز بسيار كمى از قرص را مصرف مى كند.
هر چند سال يك بار پديده اى كه دانشمندان در مورد آن مطمئن نيستند باعث مى شود كه ناگهان سياهچاله بخش عمده ماده موجود در قرص را طى يك دوره چند ماهه قورت دهد. پرتوهاى ايكسى كه سياهچاله ها طى اين دوره از فعاليت خود منتشر مى كنند ميليون ها بار بيشتر از زمانى است كه آرام هستند.
طى سال هاى اخير، كاوشگر زمان گيرى پرتو ايكس «روزى» (Rossi) متعلق به سازمان ناسا دوبار سياهچاله
GRO J1655 -40 را در حال بلعيدن مواد مشاهده كرد: يك بار در سال ۱۹۹۶ و بار ديگر در سال ۲۰۰۵. در ميان فركانس هاى مشاهده شده در سال ۱۹۹۶ يكى ۴۵۰ هرتز و ديگرى ۳۰۰ هرتز بود. اين دو فركانس دوباره در سال ۲۰۰۵ مشاهده شدند. اين موضوع تعجب آور بود زيرا سياهچاله ها از نظر انتشار پرتو ايكس وضعيت ثابتى ندارند. پرتوهاى ايكس از ذرات گاز بسيار داغى منتشر مى شوند كه به درون سياهچاله مى چرخند و در اين مسير بر روى هم لغزش مى كنند. با اين حال، درخشندگى و فركانس پرتوهاى ايكس چشمك زن لحظه به لحظه تغيير مى كند زيرا ميزان مصرف گاز توسط سياهچاله ثابت نيست. بنابراين، مشاهده دو فركانس ثابت به فاصله ۹ سال قوياً اين ايده را مطرح مى كند كه نوسان در مصرف گاز توسط سياهچاله عامل به وجود آورنده اين فركانس ها نيست بلكه دليل آن را بايد در چيز ديگرى جست وجو كرد.
«جان ميلر» دانشمند دانشگاه ميشيگان كه در اين تحقيق شركت دارد، مى گويد: «به دليل اينكه گاز نمى تواند دو بار به طور يكسان رفتار كند بنابراين اين ايده قوياً مطرح مى شود كه اين فركانس ها توسط چرخش و جرم سياهچاله -كه دو ويژگى اساسى سياهچاله هستند- ثابت و پايدار نگه داشته مى شوند. به دليل اينكه سياهچاله بسيار پرجرم است و با سرعت مى چرخد، بنابراين فضا- زمان اطراف خود را خميده مى كند.
• فضا- زمان
زمانى كه اينشتين فرضيه نسبيت عام را شكل مى داد سه بعد از فضا و يك بعد از زمان را به هم ادغام كرد و يك مفهوم مفيد پديد آورد كه آن را «فضا- زمان» نامگذارى كرد.
فضا- زمان را مى توان يك صفحه كشسانى در نظر گرفت كه تحت وزن يك جسم كه روى آن قرار داده مى شود خم مى شود. هر چقدر كه جسم سنگين تر باشد، فضا- زمان بيشتر خم مى شود. اگر اين جسم در حال چرخش نيز باشد، نه تنها باعث خمش بلكه پيچش فضا- زمان مى شود.
فضا- زمان خميده شده باعث مى شود گازى كه به درون سياهچاله سقوط مى كند به شيوه هاى خاصى حركت كند. اين پديده را مى توان با حركت سوزن بر روى صفحه گرامافون مقايسه كرد: زمانى كه سوزن در امتداد شيار روى صفحه حركت مى كند باعث توليد صدا مى شود كه ماهيت دقيق اين صدا توسط خميدگى هاى فيزيكى داخل شيار تعيين مى شود.سياهچاله نيز به طور مشابه خميدگى هاى ثابتى در ساختار و بافت فضا- زمان ايجاد كرده كه ماده در حال حركت به دور خود را تحت تاثير قرار مى دهد. گازى كه به دور سياهچاله مى چرخد مانند سوزن است اما به جاى توليد يك صداى خاص، فركانس هاى خاصى از نور پرتو ايكس ايجاد مى كند.
•دو قله (peak)
دانشمندان تصور مى كنند ذرات گاز كه در فضا- زمان خميده شده نزديك سياهچاله حركت مى كنند دو نوع حركت را به نمايش مى گذارند كه هر كدام يك فركانس منحصر به فرد توليد مى كند. يكى حركت مدارى گاز در زمان چرخش به دور سياهچاله است كه فركانس ۴۵۰ هرتز توليد مى كند. فركانس پائين تر ۳۰۰ هرتزى توسط گازى ايجاد مى شود كه به دليل خمش هاى فضا- زمان به طور جزيى لرزش دارد. «جرون هومن» از موسسه پژوهش هاى فضا و اختر فيزيك كاولى (Kavli) وابسته به موسسه فناورى ماساچوست مى گويد: «اگر فضا- زمان منحنى نباشد، ما احتمالاً فقط يك قله (peak) را مشاهده مى كرديم.» دانشمندان اعتقاد دارند كه تمامى سياهچاله هاى چرخان دو فركانس ثابت منتشر مى كنند و اين فركانس ها ارتباط نزديكى با جرم و چرخش سياهچاله دارند. جرم سياهچاله
GRO J1655 -40 با استفاده از رصدهاى انجام شده از مدار ستاره مجاور آن محاسبه شد. ميزان چرخش سياهچاله بخش مفقود شده اطلاعات بود. يافته هاى جديد در مورد فركانس به حل اين مشكل كمك خواهند كرد.«ميلر» مى گويد: «ما اكنون مى توانيم براى اولين بار شروع به تعيين چرخش سياهچاله كنيم و بدين ترتيب سياهچاله را به طور كامل ترى توضيح دهيم.»
اين يافته ها طى جلسه ماه ژانويه انجمن اخترشناسى آمريكا اعلام شدند.
Space.com,Jan.2006
روزنامه شرق