سیاهچاله در فضا – زمان فرورفتگی ایجاد می کند

مترجم: فرشید کریمی

دانشمندان می گویند یک سیاهچاله در حال چرخش که در صورت فلکی عقرب قرار دارد یک فرورفتگی پایدار در ساختار فضا- زمان ایجاد کرده است. این فرورفتگی نوعی پدیده است که در فرضیه نسبیت عام اینشتین پیش بینی شده بود و حرکت ماده که به درون سیاهچاله سقوط می کند را تحت تاثیر قرار می دهد. فرورفتگی فضا- زمان غیرقابل رویت است اما دانشمندان وجود آن را با ردیابی دو فرکانس پرتو ایکس گسیل شده از این سیاهچاله نتیجه گیری کردند. این فرکانس ها مشابه گسیل هایی هستند که ۹ سال قبل مشاهده شدند. این یافته به دانشمندان کمک می کند تا چرخش سیاهچاله را محاسبه کنند. اندازه گیری این چرخش برای توضیح رفتار سیاهچاله بسیار ضروری است.• پرتوهای ایکس چشمک زن

سیاهچاله زمانی به وجود می آید که ستاره های بسیار حجیم سوخت خود را به اتمام می رسانند. هسته آنها با فشرده شدن به یک نقطه با چگالش بی نهایت تبدیل می شود و لایه های بیرونی آنها در نتیجه انفجار قدرتمند ابرنواختری به درون فضا پرتاب می شوند. در یک محدوده فرضی موسوم به «افق رویداد» گرانش سیاهچاله آنقدر قدرتمند است که هیچ چیز _ حتی نور- نمی تواند از آن فرار کند. فرکانس های پرتو ایکسی که توسط گروهی از دانشمندان ردیابی شدند از ناحیه ای بیرون از افق رویداد سیاهچاله GRO J۱۶۵۵ -۴۰ که حدود ۱۰ هزار سال نوری از زمین فاصله دارد منتشر می شوند. این سیاهچاله هفت برابر بزرگتر از خورشید است و گاز یک ستاره مجاور را به درون خود می مکد.سیاهچاله مذکور طی دوره های کوتاهی پرتوهای ایکس شدیدی از خود منتشر می سازد و به دنبال آن دوره های طولانی تری از آرامش را تجربه می کند. دانشمندان تصور می کنند که این الگو از پرتوهای ایکس چشمک زن مربوط به چگونگی تجمع ماده در اطراف سیاهچاله است.

گاز مکیده شده از ستاره مجاور به تدریج به شکل یک قرص در اطراف سیاهچاله انباشته می شود. این پروسه برای چند سال ادامه دارد. در حالی که این انباشتگی رخ می دهد، سیاهچاله گاز بسیار کمی از قرص را مصرف می کند.

هر چند سال یک بار پدیده ای که دانشمندان در مورد آن مطمئن نیستند باعث می شود که ناگهان سیاهچاله بخش عمده ماده موجود در قرص را طی یک دوره چند ماهه قورت دهد. پرتوهای ایکسی که سیاهچاله ها طی این دوره از فعالیت خود منتشر می کنند میلیون ها بار بیشتر از زمانی است که آرام هستند.

طی سال های اخیر، کاوشگر زمان گیری پرتو ایکس «روزی» (Rossi) متعلق به سازمان ناسا دوبار سیاهچاله

GRO J۱۶۵۵ -۴۰ را در حال بلعیدن مواد مشاهده کرد: یک بار در سال ۱۹۹۶ و بار دیگر در سال ۲۰۰۵. در میان فرکانس های مشاهده شده در سال ۱۹۹۶ یکی ۴۵۰ هرتز و دیگری ۳۰۰ هرتز بود. این دو فرکانس دوباره در سال ۲۰۰۵ مشاهده شدند. این موضوع تعجب آور بود زیرا سیاهچاله ها از نظر انتشار پرتو ایکس وضعیت ثابتی ندارند. پرتوهای ایکس از ذرات گاز بسیار داغی منتشر می شوند که به درون سیاهچاله می چرخند و در این مسیر بر روی هم لغزش می کنند. با این حال، درخشندگی و فرکانس پرتوهای ایکس چشمک زن لحظه به لحظه تغییر می کند زیرا میزان مصرف گاز توسط سیاهچاله ثابت نیست. بنابراین، مشاهده دو فرکانس ثابت به فاصله ۹ سال قویا این ایده را مطرح می کند که نوسان در مصرف گاز توسط سیاهچاله عامل به وجود آورنده این فرکانس ها نیست بلکه دلیل آن را باید در چیز دیگری جست وجو کرد.

«جان میلر» دانشمند دانشگاه میشیگان که در این تحقیق شرکت دارد، می گوید: «به دلیل اینکه گاز نمی تواند دو بار به طور یکسان رفتار کند بنابراین این ایده قویا مطرح می شود که این فرکانس ها توسط چرخش و جرم سیاهچاله -که دو ویژگی اساسی سیاهچاله هستند- ثابت و پایدار نگه داشته می شوند. به دلیل اینکه سیاهچاله بسیار پرجرم است و با سرعت می چرخد، بنابراین فضا- زمان اطراف خود را خمیده می کند.

• فضا- زمان

زمانی که اینشتین فرضیه نسبیت عام را شکل می داد سه بعد از فضا و یک بعد از زمان را به هم ادغام کرد و یک مفهوم مفید پدید آورد که آن را «فضا- زمان» نامگذاری کرد.

فضا- زمان را می توان یک صفحه کشسانی در نظر گرفت که تحت وزن یک جسم که روی آن قرار داده می شود خم می شود. هر چقدر که جسم سنگین تر باشد، فضا- زمان بیشتر خم می شود. اگر این جسم در حال چرخش نیز باشد، نه تنها باعث خمش بلکه پیچش فضا- زمان می شود.

فضا- زمان خمیده شده باعث می شود گازی که به درون سیاهچاله سقوط می کند به شیوه های خاصی حرکت کند. این پدیده را می توان با حرکت سوزن بر روی صفحه گرامافون مقایسه کرد: زمانی که سوزن در امتداد شیار روی صفحه حرکت می کند باعث تولید صدا می شود که ماهیت دقیق این صدا توسط خمیدگی های فیزیکی داخل شیار تعیین می شود.سیاهچاله نیز به طور مشابه خمیدگی های ثابتی در ساختار و بافت فضا- زمان ایجاد کرده که ماده در حال حرکت به دور خود را تحت تاثیر قرار می دهد. گازی که به دور سیاهچاله می چرخد مانند سوزن است اما به جای تولید یک صدای خاص، فرکانس های خاصی از نور پرتو ایکس ایجاد می کند.

•دو قله (peak)

دانشمندان تصور می کنند ذرات گاز که در فضا- زمان خمیده شده نزدیک سیاهچاله حرکت می کنند دو نوع حرکت را به نمایش می گذارند که هر کدام یک فرکانس منحصر به فرد تولید می کند. یکی حرکت مداری گاز در زمان چرخش به دور سیاهچاله است که فرکانس ۴۵۰ هرتز تولید می کند. فرکانس پائین تر ۳۰۰ هرتزی توسط گازی ایجاد می شود که به دلیل خمش های فضا- زمان به طور جزیی لرزش دارد. «جرون هومن» از موسسه پژوهش های فضا و اختر فیزیک کاولی (Kavli) وابسته به موسسه فناوری ماساچوست می گوید: «اگر فضا- زمان منحنی نباشد، ما احتمالا فقط یک قله (peak) را مشاهده می کردیم.» دانشمندان اعتقاد دارند که تمامی سیاهچاله های چرخان دو فرکانس ثابت منتشر می کنند و این فرکانس ها ارتباط نزدیکی با جرم و چرخش سیاهچاله دارند. جرم سیاهچاله

GRO J۱۶۵۵ -۴۰ با استفاده از رصدهای انجام شده از مدار ستاره مجاور آن محاسبه شد. میزان چرخش سیاهچاله بخش مفقود شده اطلاعات بود. یافته های جدید در مورد فرکانس به حل این مشکل کمک خواهند کرد.«میلر» می گوید: «ما اکنون می توانیم برای اولین بار شروع به تعیین چرخش سیاهچاله کنیم و بدین ترتیب سیاهچاله را به طور کامل تری توضیح دهیم.»

این یافته ها طی جلسه ماه ژانویه انجمن اخترشناسی آمریکا اعلام شدند.

Space.com،Jan.۲۰۰۶