آیا کسی می‌تواند برای بررسی یک سیاهچاله وارد آن شود؟

سیاهچاله‌ها با تخیل اخترفیزیکدانان و دوستداران داستان‌های علمی-تخیلی بازی می‌کنند. این جای شگفتی ندارد زیرا اگرچه سیاهچاله‌ها اجرامی بسیار واقعی هستند، ولی ویژگی‌هایشان به اندازه‌ای افراطی است که هر کسی با شنیدنش خود را در یک فیلم علمی-تخیلی می‌پندارد. بسیاری از آنها در پی رُمبش ستارگان غول‌پیکر، و شکل‌گیری مناطقی از فضازمان با گرانشی آنچنان نیرومند که هیچ چیز، حتی نور توان گریز از چنگشان را ندارد پدید آمده‌اند.

اخترفیزیکدانان به طور طبیعی با سیلی از پرسش‌ها درباره‌ی این اجرام رازآلود روبرو هستند. در این نوشتار، دو فیزیکدان به نام‌های لئو و شانشان رودریگز کوشیده‌اند این را توضیح دهند که آیا یک انسان می‌تواند وارد یک سیاهچاله شود تا آن را از درونش بررسی کند؟

برای حل راز و رمز سیاهچاله‌ها باید کسی را به درون یکی از آنها بفرستیم. ولی اینجا مشکلی به نسبت پیچیده وجود دارد: یک انسان تنها در صورتی می‌تواند این کار را بکند که سیاهچاله‌ی مورد نظر یک ابَرسیاهچاله (سیاهچاله‌ی کلان‌جرم) و تنها (جداافتاده، منزوی) باشد، و کسی که واردش می‌شود انتظار نداشته باشد که گزارش یافته‌هایش را برای هر کس دیگری در هر جایی از کیهان بفرستد.

لئو و شانشان نوشته‌اند ما فیزیکدان‌هایی هستیم که سیاهچاله‌ها را بررسی می‌کنیم، البته از فاصله‌ای بسیار امن. سیاهچاله‌ها از فراوان‌ترین اجرام اخترفیزیکی در کیهان هستند. این اجرام فریبنده به نظر می‌رسد جزئی اساسی در فرگشت کیهان، از مهبانگ تا روزگار کنونی بوده‌اند. آنها احتمالا در پیدایش زندگی انسانی در کهکشان خودمان تاثیر داشته‌اند.

جهان هستی پر از سیاهچاله‌های گوناگون است. آنها می‌توانند اندازه‌های متفاوت داشته و باردار الکتریکی باشند، مانند الکترون‌ها و پروتون‌ها در اتم‌ها. برخی از سیاهچاله‌ها عملا می‌چرخند. سیاهچاله‌هایی که به بحث ما مربوطند بر دو گونه هستند. گونه‌ی نخست نمی‌چرخد و خنثای الکتریکی است (نه مثبت است و نه منفی)، و جرمی به اندازه‌ی جرم خورشید دارد. گونه‌ی دوم یک ابرسیاهچاله است، با جرم میلیون‌ها یا حتی میلیاردها برابر جرم خورشید.

به جز جرم، چیز دیگری که این دو گونه سیاهچاله را از هم متمایز کرده فاصله‌ی مرکز تا "افق رویداد" آنهاست- اندازه‌ای که به نام فاصله‌ی شعاعی خوانده می‌شود. افق رویدادِ یک سیاهچاله نقطه‌ی بی‌بازگشتِ آنست. هر چه از این نقطه بگذرد توسط سیاهچاله بلعیده خواهد شد و برای همیشه از جهانِ آشنای ما ناپدید خواهد گشت.

فاصله‌ی شعاعی برابر است فاصله‌ی میان مرکز جرم سیاهچاله و افق رویداد آن

گرانش سیاهچاله در افق رویدادش به اندازه‌ای نیرومند می‌شود که دیگر هیچ نیروی مکانیکی‌ای، هر چقدر هم بیشتر شود نخواهد توانست بر آن چیره شود یا حتی از پَسَش بر آید (آن را خنثا کند). حتی نور که سریع‌ترین چیز در جهان است هم توان گریز از چنگش را ندارد- نامش را از همین رو "سیاهچاله" گذاشته‌اند.

اندازه‌ی شعاع افق رویدادِ یک سیاهچاله بستگی به جرم آن دارد و کلیدِ زنده ماندنِ کسی‌ست که به درون آن سیاهچاله رفته. برای سیاهچاله‌ای به جرم خورشید (یک جرم خورشیدی)، شعاع افق رویداد تنها کمتر از ۲ مایل خواهد بود (۳.۲ کیلومتر).

بر خلاف آن، ابرسیاهچاله‌ی مرکزی کهکشان راه شیری دارای جرمی نزدیک به ۴ میلیون جرم خورشیدی است، با افق رویدادی به شعاع ۷.۳ میلیون مایل (۱۱.۷ میلیون کیلومتر) یا ۱۷ برابر شعاع خورشید.

بنابراین کسی که به درون یک سیاهچاله‌ی ستاره-جرم (ستاره‌ای) فرو می‌رود، پیش از گذشتن از افق رویداد بسیار بسیار به مرکز سیاهچاله نزدیک‌تر خواهد بود تا کسی که می‌خواهد به درون یک ابرسیاهچاله برود.

با توجه به نزدیکی به مرکز سیاهچاله، این بدین معناست که کشش سیاهچاله بر کسی که به درونش رفته به اندازه‌ی ۱۰۰۰ میلیارد برابر میان سر و نوک پای او تغییر می‌کند، بسته به این که سر جلوتر به درون رفته یا پا. به بیان دیگر، اگر کسی که به درون رفته پایش جلوتر برود، با نزدیک شدن به افق رویدادِ یک سیاهچاله‌ی ستاره‌ای، کشش گرانشی بر پاهای او به طورِ نمایی بیشتر از کشش سیاهچاله بر سرش خواهد بود [کشش گرانشی با رشدِ نمایی-م].

فرد دچار پدیده‌ی اسپاگتی شدن می‌شود و بیشترین احتمال اینست که در اثرِ کشیده شدن و به شکل یک ررشته‌ی دراز و باریک در آمدن، زنده نمی‌ماند.

هنگامی که فرد به افق رویداد یک سیاهچاله‌ی ستاره‌ای نزدیک می‌شود، تفاوت شدید میان کشش گرانشیِ وارد شده بر سر و نوک پاکش باعث کش آمدن او و تبدیل شدنش به یک رشته‌ی دراز می‌شود (پدیده‌ی اسپاگتی شدن)

اکنون کسی را در نظر بگیرید که به درون یک ابرسیاهچاله می‌رود. چنین کسی هنگامی که به افق رویداد می‌رسد بسیار از سرچشمه‌ی مرکزیِ کشش گرانشی [مرکز سیاهچاله] دورتر خواهد بود، بنابراین تفاوت میان کشش گرانشیِ وارد شده بر سر و نوک پایش تقریبا نزدیک به صفر خواهد بود. پس این فرد بدون تاثیری از افق رویداد می‌گذرد، کش نمی‌آید و اسپاگتی نمی‌شود و بدون درد از افق رویدادِ سیاهچاله می‌گذرد.

کسی که به درون یک ابرسیاهچاله (سیاهچاله‌ی کلان‌جرم) می‌رود به احتمال بسیار زنده می‌ماند زیرا تفاوت نیروهای وارد شده بر سر و نوک پایش چندان زیاد نیست

چیزهای دیگری که باید در نظر گرفته شود
بیشتر سیاهچاله‌هایی که در جهان می‌بینیم با قرص بسیار داغی از مواد در بر گرفته شده‌اند که از گاز و غبار یا اجرام دیگری مانند ستارگان و سیاره‌هایی که بیش از حد به افق رویداد نزدیک شده‌اند و سرانجام به درون سیاهچاله می‌روند تشکیل شده‌اند. این قرص‌ها به نام قرص‌های برافزایشی شناخته می‌شوند و بسیار داغ و پرآشوبند. آنها بی‌شک مهمان‌نواز نیستند و کارِ سفر به درون سیاهچاله را بی‌اندازه خطرناک می‌کنند.

برای ورود به یک سیاهچاله، باید ابَرسیاهچاله‌ای را پیدا کنید که به طور کامل تنها است و از مواد، گازها یا حتی ستارگان پیرامونش تغذیه نمی‌کند [یعنی خفته است و قرص برافزایشی ندارد-م]

این را بگوییم که اگر کسی یک ابرسیاهچاله‌ی تنهای مناسب برای بررسی علمی را پیدا کرد و خواست به درونش برود، هر چه درون آن دید و سنجید محدود به درونِ افق رویداد سیاهچاله خواهد بود [و به بیرون درز نخواهد کرد-م].

از آن جایی که هیچ چیز در آن سوی افق رویداد نمی‌تواند از چنگ نیروی گرانش بگریزد، کسی که واردش می‌شود نخواهد توانست اطلاعاتی درباره‌ی یافته‌هایش به این سوی افق رویداد بفرستد. سفر او و یافته‌هایش برای همیشه از دسترس بقیه‌ی جهانِ هستی دور خواهد بود، هر چند که خودش تا زمانی که زنده بماند از ماجراجویی‌اش لذت خواهد برد.

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

تلگرام، توییتر، و اینستاگرام یک ستاره در هفت آسمان:
telegram.me/onestar_in_sevenskies
twitter.com/1star_7sky
instagram.com/1star.7sky

واژه‌نامه:
black hole - star - spacetime - Leo - Shanshan Rodriguez - Big Bang - galaxy - electrically charged - electron - proton - atom - Sun - supermassive black hole - event horizon - radial distance - solar mass - Milky Way galaxy - spaghettification - planet - accretion disk - isolated

منبع: universal-sci

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان