آیا می‌توانیم یک تکینگی را ببینیم؟

* یک گروه از دانشمندان بنیاد پژوهش‌های بنیادین تاتا (TIFR) در بمبئی هند، روش‌های تازه‌ای برای شناسایی یک تکینگی برهنه -افراطی‌ترین جرم کیهان- یافته‌اند.

هنگامی که سوخت یک ستاره‌ی بسیار بزرگ به پایان می‌رسد، ستاره زیر گرانش خودش می‌رُمبد و سرانجام به منطقه‌ای بی‌اندازه چگال به نام "تکینگی گرانشی" که در آن قانون‌های رایج فیزیک شکسته می‌شوند تبدیل می‌گردد. اگر این تکینگی درون یک افق رویداد پنهان شده باشد، سیاهچاله نامیده می‌شود. افق رویداد سطح نادیدنی بسته‌ایست که هیچ چیز، حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد. در مورد سیاهچاله، تکینگی را نمی‌بینیم و نگرانی بابت اثرهای آن هم نداریم.

یک سیاهچاله (چپ) و یک تکینگی برهنه (راست). خط نقطه‌چین نشانگر افق رویداد سیاهچاله است، چیزی که تکینگی برهنه ندارد؛ و پیکان‌ها (فلش‌ها) هم نشانگر جهت تابش پرتوهای نورند. برای یک سیاهچاله، به دلیل وجود افق رویداد، همه‌ی پرتوهای نور به سوی تکینگی کشیده می‌شوند. ولی برای تکینگی برهنه، پرتوهای نور می‌توانند از کنار آن گریخته و به چشم بیننده‌ای در دوردست برسند و به این ترتیب، بیننده آن را مشاهده کند.

ولی اگر افق رویداد تشکیل نشود چه؟ در حقیقت، نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین چنین امکانی را در پی رُمبش ستارگان بزرگ در پایان چرخه‌ی زندگیشان پیش‌بینی کرده است. در این مورد، ما با گزینه‌ی وسوسه‌انگیزِ دیدن یک تکینگی برهنه روبرو می‌شویم.

پرسش مهمی که پیش می‌آید اینست که چگونه به طور دیداری یک تکینگی برهنه را از یک سیاهچاله بازشناسیم. نظریه‌ی اینشتین یک پدیده‌ی جالب را پیش‌بینی می‌کند: بافت فضازمان در همسایگی هر جرم چرخانی، به دلیل همین چرخش "خم می‌گردد". این اثر باعث یک چرخش ژیروسکوپی شده و مدار ذرات پیرامون این اجرام اخترفیزیکی را پیشاینده (تقدیمی) می‌کند.

گروه TIFR می‌گویند هنگامی که ژیروسکوپ به گرد یک سیاهچاله‌‌ی چرخان و یا یک تکینگی برهنه‌ی چرخان می‌چرخد، نرخ پیشایندگی آن (بسامد پیشایان) می‌تواند برای شناسایی این جرم چرخان به کار رود. اینجا روشی ساده برای توصیف یافته‌های این دانشمندان را بیان می‌کنیم: اگر یک فضانورد بسامد پیشایان یک ژیروسکوپ را در دو نقطه‌ی ثابت نزدیک جرم چرخان اندازه بگیرد، دو چیز می‌تواند ببیند: ۱) بسامد پیشایان ژیروسکوپ به گونه‌ای خودسرانه تغییرات بزرگی می‌کند، یعنی تغییر رفتاری خشن دارد، یا ۲) بسامد پیشایان تغییری کوچک، با نرخ منظم و به شیوه‌ای ملایم می‌کند.

در مورد (۱)، جرم چرخان یک سیاهچاله است ولی در مورد (۲)، یک تکینگی برهنه خواهد بود.

گروه TIFR (دکتر چاندراچور چاکرابورتی، پراشانت کوچرلاکوتا، پرفسور سودیپ بهاتاچاریا و پرفسور پانکاج جوشی) به همراه یک گروه لهستانی (دکتر ماندار پاتیل و پرفسور آندژی کرولاک) در حقیقت نشان داده‌اند که بسامد پیشایان یک ژیروسکوپ که به گرد یک سیاهچاله یا یک تکینگی برهنه می‌چرخد نسبت به حضور یک افق رویداد حساس است [افق رویداد روی رفتارش اثر دارد]. ژیروسکوپی که دور خودش می‌چرخد و در همان حال به افق رویداد یک سیاهچاله نزدیک می‌شود، رفتارش به گونه‌ی فزاینده‌ای خشن‌تر می‌شود، یعنی بسامد پیشایانش به گونه‌ی فزاینده‌ای بالا می‌رود، بدون هیچ قید و مرزی. ولی اگر به گرد یک تکینگی برهنه بچرخد، بسامد پیشایان تنها در صفحه‌ی استوایی افزایش شدیدی می‌یابد و در دیگر صفحه‌ها رفتاری آرام و منظم خواهد داشت.

گروه TIFR همچنین پی برده‌اند که پیشایان "مدار" ماده‌ای که به درون تکینگی برهنه یا یک سیاهچاله‌‌ی چرخان کشیده می‌شود نیز می‌تواند برای تشخیص این اجرام به کار رود. دلیلش اینست که بسامد پیشایان صفحه‌ی مداری با نزدیک شدن ماده به سیاهچاله‌ی چرخان افزایش می‌یابد، ولی با نزدیک شدن به یک تکینگی برهنه‌ی چرخان، کاهش یافته و حتی می‌تواند صفر شود. در عمل هم می‌توان از این یافته برای بازشناختن سیاهچاله یا تکینگی برهنه‌ی چرخان بهره جست، زیرا مواد به هنگام کشیده شدن به سوی این اجرام، پرتوهای X می‌گسیلند و از این راه می‌توان بسامدهای پیشایان را در طول موج‌های پرتو X اندازه گرفت.

پژوهشنامه‌هایی که این دانشمندان در نشریه منتشر کرده‌اند:
۱) فیزیکال ریویوی دی و ۲) فیزیکال ریویوی دی 

در همین زمینه:

* شرطی که هاوکینگ آن را باخت: وجود تکینگی برهنه

* اگر به سوی یک سیاهچاله می روید مطمئن شوید که چرخان است

* سیاهچاله پنج بعدی می تواند نسبیت عام را "نقض کند"

--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

Tata Institute of Fundamental Research - TIFR - Mumbai - India - naked singularity - Singularity - event horizon - black hole - Einstein - general relativity - star - spacetime - gyroscope - precession frequency - Dr. Chandrachur Chakraborty - Prashant Kocherlakota - Prof. Sudip Bhattacharyya - Prof. Pankaj Joshi - Polish - Dr. Mandar Patil - Prof. Andrzej Krolak - equatorial plane - X-ray - wavelength

منبع: sciencedaily

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان