اگر یک سیاهچاله به درون یک کرمچاله برود چه می‌شود؟

 * اگر کرمچاله‌ها وجود داشته باشند می‌توانند سیاهچاله‌ها را ببلعند.

اخترشناسان می‌گویند شاید بتوانند سیاهچاله‌هایی را که به درون کرمچاله‌ها فرو می‌روند را با بهره از امواج گرانشی ردیابی کنند، تنها به این شرط که کرمچاله‌ها واقعا وجود داشته باشند و چنین سناریویی هم اصلا رخ بدهد.

به گفته‌ی اینشتین که در سال ۱۹۱۶ برای نخستین بار وجود امواج گرانشی را پیش‌بینی کرد، گرانش دستاورد خم شدن فضا و زمان توسط اجرام است. هنگامی که دو یا چند جرم درون یک میدان گرانشی حرکت می‌کنند، امواجی به نام امواج گرانشی پدید می‌آورند که با سرعت نور جابجا می‌شود و در راهش، بافت فضازمان را کش می‌آورد و می‌فشرد.

آشکارسازی امواج گرانشی بی‌اندازه دشوار است زیرا آنها بی‌اندازه ضعیفند، و حتی خود اینشتین از این که به راستی وجود دارند یا نه و این که آیا یافته خواهند شد یا نه مطمئن نبود. سرانجام پس از دهه‌ها تلاش، دانشمندان در سال ۲۰۱۶ نخستین نشانه‌ی مستقیم امواج گرانشی را که به کمک رصدخانه‌ی تداخل‌سنج لیزری امواج گرانشی (لایگو) آشکار شده بود گزارش کردند.

رصدخانه‌های امواج گرانشی تاکنون بیش از ۲۰ برخورد سهمگین میان اجرام بی‌اندازه چگال و پرجرمی مانند سیاهچاله‌ها و ستارگان نوترونی را آشکار کرده‌اند. ولی از دید نظری، اجرام شگفت‌انگیزتری هم می‌تواند وجود داشته باشد، مانند کرمچاله‌ها، و برخورد آنها هم می‌تواند سیگنال‌های گرانشی‌ای تولید کند که دانشمندان بتوانند ردیابی کنند.

کرمچاله‌ها تونل‌هایی در فضازمانند که بر پایه‌ی نظریه، سفر به هر جایی در فضا و زمان، یا حتی به جهان دیگر را امکان‌پذیر می‌کنند. نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین وجود کرمچاله‌ها را شدنی می‌داند ولی این که واقعا وجود دارند یا نه موضوع دیگریست.

در اصل، همه‌ی کرمچاله‌ها ناپایدارند و همین که باز می‌شوند بی‌درنگ بسته می‌شوند. تنها راه برای باز نگه داشتن و گذرپذیر کردنشان کمک گرفتن از گونه‌ی بیگانه‌ای از ماده با نامِ به اصطلاح "جرم منفی" است. چنین ماده‌ی بیگانه‌ای ویژگی‌های شگرفی دارد، از جمله به جای این که مانند ماده‌ی معمولی به سوی یک میدان گرانشی استاندارد کشیده شود، از آن دور می‌شود. هیچ کس نمی‌داند چنین ماده‌ی شگفت‌انگیزی واقعا وجود دارد یا نه.

یک کرمچاله از بسیاری جهات مانند یک سیاهچاله است. هر دوی این اجرام بی‌اندازه چگالند و کشش گرانشی‌ای بسیار نیرومندتر از اجرام هم‌اندازه‌ی خود دارند. تفاوت بزرگشان اینست که از دید نظری، هیچ جرمی پس از گذشتن از افق رویداد یک سیاهچاله دیگر توان بازگشت نخواهد داشت (افق رویداد آستانه‌ایست که در آن، سرعت گریز از کشش گرانشی سیاهچاله به اندازه‌ی سرعت نور م‌یرسد) ولی اگر جرمی وارد یک کرمچاله شود از دید نظری می‌تواند از آن بیرون برود.

در پژوهشی تازه که هنوز بازنگری دقیق نشده، دانشمندان با فرض وجود احتمالیِ کرمچاله‌ها به بررسی سیگنال‌های گرانشی‌ای پرداخته‌اند که در اثر چرخش یک سیاهچاله به گرد یک کرمچاله می‌تواند گسیلیده شود. این پژوهشگران همچنین این را بررسی کردند که چه چیزی رخ میدهد اگر "یک سیاهچاله وارد یک دهانه‌ی کرمچاله شود و از دهانه‌ی دیگرش در نقطه‌ی دیگری از فضازمان بیرون بیاید، و سپس (با فرض این که سیاهچاله و کرمچاله در قید گرانش یکدیگرند) دوباره به درون کرمچاله رفته و دوباره از آن سرش بیرون بیاید."

این دانشمندان در مدل‌های رایانه‌ای، به بررسی برهمکنش میان سیاهچاله‌ای به جرم پنج برابر خورشید با یک کرمچاله‌ی پایدارِ گذرپذیر به جرم ۲۰۰ برابر خورشید و گلویی ۶۰ برابر پهن‌تر از آن سیاهچاله پراختند (گلو=throat). این مدل‌ها نشان می‌دادند که با درون رفتن و بیرون آمدن سیاهچاله از کرمچاله سیگنال‌های گرانشی‌ای متفاوت با هر آنچه تا به امروز دیده‌ایم پدید خواهد آمد.

هنگامی که دو سیاهچاله مارپیچ‌وار به هم نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوند، سرعت مداری‌شان افزایش می‌یابد، بسیار همانند اسکیت‌بازی که هنگام چرخش، دستش را به بدنش نزدیک و نزدیک‌تر می‌کند. با افزایش سرعت مداری دو سیاهچاله، بسامد امواج گرانشی هم بالا می‌رود. در تبدیل این امواج گرانشی به موج صدا یک جیر (chirp) شنیده می‌شود، بسیار مانند این که نَواک (ارتفاع) یک سوت اسلاید را به سرعت بالا ببریم، زیرا افزایش بسامد با افزایش نواک در پیوندست.

گر کسی سیاهچاله‌ای را ببیند که مارپیچ‌وار به درون یک کرمچاله می‌رود، یک جیر که بسیار مانندِ نزدیک شدن دو سیاهچاله است را خواهد شنید، ولی سیگنال گرانشی سیاهچاله به سرعت ناپدید می‌شود زیرا بیشتر امواج گرانشی‌اش را در آن سمت کرمچاله می‌گسیلد (برخلافِ آن، هنگامی که دو سیاهچاله به هم برخورد می‌کنند، فوران بزرگی از امواج گرانشی پدید می‌آید).

اگر کسی به سیاهچاله‌ای که از آن سرِ کرمچاله بیرون می‌آید نگاه کند، باید یک "پاد-جیر" (anti-chirp) ببیند. دقیق‌تر بگوییم، هر چه سیاهچاله از کرمچاله دورتر می‌شود بسامد امواج گرانشی‌اش کاهش مییابد.

با جابجا شدن سیاهچاله به درون و بیرون از دهانه‌های کرمچاله و ادامه‌ی این رفت و آمد، چرخه‌ای از "جیرها" و پاد-جیرها" پدید می‌آید. بازه‌ی زمانی میان هر جیر و پاد-جیر با گذشت زمان کاهش یافته تا جایی که سیاهچاله در گلوی کرمچاله ماندگار می‌شود. آشکارسازی این گونه از سیگنال‌های گرانشی می‌تواند وجود کرمچاله‌ها را پشتیبانی و تایید کند.

ویلیام گابلا، فیزیکدان دانشگاه وندربیلت نشویل و یکی از نویسندگان این پژوهش می‌گوید: «کرمچاله‌ها بسیار بسیار نظری هستند، ولی این حقیقت که شاید توانایی آن را داشته باشیم که وجودشان را اثبات کنیم یا دستکم اعتباری به وجودشان بدهیم بسیار جالب است.»

در این سناریو، سرانجام بیرون و درون شدنِ سیاهچاله از کرمچاله متوقف می‌شود و سیاهچاله در جایی نزدیک گلوی کرمچاله آرام می‌گیرد. پیامدهای چنین پایانی بستگی به ویژگی‌های کاملا نظریِ مواد بیگانه‌ی درون گلوی کرمچاله دارد. یک احتمال اینست که سیاهچاله به اندازه‌ی چشمگیری جرم کرمچاله را افزایش دهد و کرمچاله احتمالا به اندازه‌ی کافی از آن مواد بیگانه نداشته باشد که بتواند پایدار بماند. گابلا می‌گوید شاید آشفتگیِ پدید آمده در فضازمان باعث شود سیاهچاله جرمش را به انرژی در شکلِ میزان باورنکردنی‌ای موج گرانشی تبدیل کند.

به گفته‌ی گابلا، تا زمانی که جرم یک کرمچاله از جرم سیاهچاله‌ای که با آن روبرو می‌شود بیشتر باشد می‌تواند پایادار بماند. اگر یک کرمچاله با سیاهچاله‌ای بزرگ‌تر رویارو شود، سیاهچاله می‌تواند ماده‌ی بیگانه‌ی کرمچاله را تا جایی برآشوبد که به ناپایداری کرمچاله بیانجامد و باعث شود برُمبد و به احتمال بسیار یک سیاهچاله‌ی تازه بسازد.
.
هنوز درست نمی‌دانیم اگر یک سیاهچاله تنها به لبه‌های یک کرمچاله گیر کند به گونه‌ای که بخشی از آن وارد دهانه‌ی کرمچاله شود و بقیه‌اش بیرون بماند چه رخ خواهد داد. گابلا می‌گوید: «به گمان من گونه‌ای رفتار دیوانه‌وار در افق رویداد سیاهچاله رخ خواهد داد که به پیدایش امواج گرانشیِ بیشتر و دسترفتِ انرژی بیشتر می‌انجامد.» چنین برخوردی همچنین می‌تواند ماده‌ی بیگانه‌ی کرمچاله را هم برآشوبد. گابلا می‌افزاید: «به یک کرمچاله‌ی ناپایدار بیانجامد.»

گابلا می‌گوید پژوهش‌های آینده می‌تواند برهمکنش میان ماده‌ی بیگانه‌ی یک کرمچاله را با هر ماده‌ی معمولی‌ای که واردش می‌شود، و همچنین سناریوهای پیچیده‌تری مانند این که اگر کرمچاله چرخان باشد را بررسی کند. راستاهای پژوهشی دیگر می‌توانند به بررسی این بپردازند که امواج گرانشی چگونه هم با ماده‌ی معمولی و هم با ماده‌ی بیگانه در این سناریوها برهمکنش می‌کند، و همچنین به گفته‌ی گابلا، «انواع مدارهایی که می‌توانند میان کرمچاله‌ها و هر چیزی که فکرش را کنید پدید بیایند.»

جزییات این پژوهش در نشریه‌ی فیزیکال ریویو لترز منتشر خواهد شد و پیش‌چاپ آن نیز در تارنمای arXiv در دسترس است.

-------------------------------------------
تلگرام و توییتر یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky

واژه‌نامه:
wormhole - black hole - spacetime - gravitational wave - Einstein - gravitational field - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO - neutron star - general relativity - negative mass - event horizon - sun - figure skater - frequency - pitch - slide whistle - chirp - anti-chirp - William Gabella - Vanderbilt University - Nashville - Physical Review Letters - arXivش

منبع: Space.com
برگردان: یک ستاره در هفت آسمان