طی روز‌های اخیر یک خبر جالب، توجه خیلی‌ها را جلب کرد. یک سیاهچاله فضایی ابرجرم که یک میلیون برابر خورشید است توسط پژوهشگران ایرانی کشف شده و به تأیید نهاد‌های علمی معتبر جهان هم رسیده است. همان طور که می‌دانید سیاهچاله، ناحیه‌ای مرموز در زمان و مکان است که گرانشی نیرومند دارد، طوری که حتی نور هم توانایی گریز از آن را ندارد. سیاهچاله‌ها تا چند سال قبل مفاهیمی نظری و پیچیده بودند که تنها با تصاویری شماتیک قابل درک بودند. اما به مرور شواهد قوی تری از وجود آن‌ها در کیهان کشف شد. فروردین سال ۹۸ هم تصاویری توسط دانشمندان از یک سیاهچاله منتشر شد که سروصدای زیادی کرد. در این پرونده ضمن بیان این که سیاهچاله چیست؟ چطور شناسایی می‌شود؟ سیاهچاله‌ای که پژوهشگران ایرانی کشف کردند چه ویژگی‌هایی دارد و... پای صحبت یکی از اعضای این کشف بزرگ هم می‌نشینیم. با ما باشید.
غول‌های مرموز یا درگاه‌های میان بُعدی؟
سیاهچاله چیست؟ چرا مرموز است و کشف رازهایش اهمیت زیادی دارد؟
سیاهچاله‌ها هر قدر هم حیرت‌آور و شگفت‌انگیز باشند، اما باید باور کنید که زمانی برای خودشان ستاره‌ای بوده‌اند. ستاره‌ها هم مثل ما آدم‌ها زندگی می‌کنند یعنی متولد می‌شوند، دوره کودکی و نوجوانی را پشت سر می‌گذارند و کم‌کم می‌افتند توی سرازیری عمرشان و میان‌سالی و پیری را تجربه می‌کنند. فقط نکته مهم این‌جاست که دوره‌های مختلف زندگی‌شان و این‌که عمرشان چقدر باشد و چطور بگذرد به جرم‌شان بستگی دارد. اگر سنگین وزن باشند و پر جرم، سال‌های پایانی حیات‌شان بسیار پر حادثه و هولناک است. ستاره‌ها، راکتور‌های همجوش عظیمی هستند که در خود می‌جوشند و به دو دلیل، تمایل بسیار زیادی برای فروپاشی دارند؛ اول به شدت بزرگ هستند و دوم از گاز تشکیل شده‌اند. این دو عامل کافی است تا میدان گرانشی شدیدی شکل بگیرد و ستاره را از درون منهدم کند. به‌محض این‌که ستاره از پای در می‌آید، واکنش همجوشی هسته‌ای متوقف می‌شود چراکه سوخت مد نظر دیگر تمام شده و چیزی برای سوختن و انفجار وجود ندارد. در همین‌حال، نیروی انفجاری به صفر می‌رسد، اما نیروی جاذبه سر جای خود باقی است؛ بنابراین با قدرت هرچه تمام‌تر ستاره را به درون می‌کشد. وقتی ستاره فشرده می‌شود، به تدریج داغ و منفجر می‌شود که طی آن مواد و اشعه‌ها به درون فضا پرتاب می‌شوند. آن چه باقی می‌ماند، هسته‌ای بسیار فشرده و عظیم است. گرانش هسته به قدری بالاست که حتی نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند. برای تبدیل شدن یک ستاره به سیاهچاله، لازم است مواد بر اثر گرانش شدید و فروریزش، در ابعاد بسیار کوچکی قرار گیرند. این اندازه و ابعاد، محاسبات مشخصی دارد. در این حالت سطح جسم بسیار سنگین و چگال سرعت فرار بیشتر از سرعت نور خواهد بود بنابراین غیرقابل مشاهده است. به معنای ساده‌تر نور هم نمی‌تواند از آن فرار کند و جذب گرانش شدید سیاهچاله می‌شود. پس با یک جسم سیاه مرموز طرف هستیم که نامش واقعا برازنده‌اش است. سال‌ها درک این مفهوم دشوار بود تا به‌مرور با پیشرفت ریاضی و فیزیک و همکاری مشترک بزرگان هر دو رشته، وجود سیاهچاله‌ها اثبات و خواص پیش‌بینی شده برای آن‌ها بهتر درک شد؛ ثبت تصویری از یک سیاهچاله در حدود سه سال قبل هم دستاورد تازه‌ای بود که بشر را یک گام در این زمینه جلوتر برد. مرموز و غیرقابل رصد بودن البته باعث شده حدس‌های متنوعی درباره سیاهچاله‌ها زده شود که گاهی تنه به شبه علم هم می‌زند؛ اما یکی از فرضیه‌های جدی و جالب درباره سیاهچاله‌ها احتمال وجود کرم‌چاله در آن‌هاست که درگاه به زمان، مکان یا حتی ابعاد دیگری محسوب می‌شود. به بیانی دیگر هر سیاهچاله می‌تواند در دل خودش جهانی در حال انبساط را جای داده باشد که از یک جهش بزرگ در سیاهچاله در بُعدی دیگر گسترش می‌یابد. برای همین است که کشف یک سیاهچاله دستاورد مهمی است و می‌تواند دنیا را گام به گام به کشف راز‌های کیهان نزدیک‌تر کند.
سیاهچاله‌ها چطور شناسایی می‌شوند؟
مریم ملی | دانش‌آموخته اختر فیزیک
جرم ستارگان می‌تواند سرنوشت آن‌ها را تعیین کند. ستاره‌هایی که پر جرم‌تر هستند زندگی پرحادثه‌تری دارند به این معنا که در پایان زندگی خود دچار انفجار‌های مهیبی می‌شوند که مرگ متفاوتی را برایشان رقم می‌زند. به این انفجار‌ها «نواختر» یا «ابر نواختر» گفته می‌شود و پس از آن متناسب با این که جرم ستاره در چه محدوده‌ای قرار دارد، باقی‌مانده آن می‌تواند به ستاره نوترونی یا سیاهچاله تبدیل شود. سیاهچاله‌ها، ستاره‌های سنگین‌وزنی هستند که تمام سوخت خود را سوزانده‌اند و بر اثر بر هم خوردن تعادل نیرو‌های گرانشی و فشار ناشی از تابش، انفجاری را از سر گذرانده‌اند. پس از انفجار، بخش‌هایی از ماده ستاره‌ای به فضا پرتاب شده و، چون جرم باقی‌مانده، سوختی برای سوزاندن ندارد تابش هم نخواهد داشت. طی فرایند‌هایی که در ستاره رخ می‌دهد، جرم در حجمی‌کوچک فشرده و فشرده‌تر شده و همین باعث قوی‌ترشدن گرانش می‌شود. گرانش بسیار بالای سیاهچاله‌ها انحنایی در ساختار فضا، زمان ایجاد می‌کند که باعث شده نور ستاره‌های اطراف خم شود. جالب این که خود سیاهچاله هم به‌دلیل تمام شدن سوخت و نداشتن واکنش هسته‌ای نه‌فقط در محدوده نور مرئی بلکه در هیچ یک از طول موج‌های طیف الکترومغناطیس تابش نخواهد داشت.
روش رایج برای شناسایی سیاهچاله‌ها
راه آشکارسازی این ستاره‌های چگال زمانی است که در حال کشیدن مواد از ستاره‌های نزدیک خود هستند. بسیاری از ستاره‌های موجود در فضا در سیستم‌های ستاره‌ای دو یا چندتایی قرار دارند و به دور یک مرکز مشترک می‌چرخند. اگر یکی از ستاره‌های این سیستم‌ها سیاهچاله باشد به دلیل جاذبه بسیار زیادش می‌تواند مواد ستاره دیگر را به سمت خود بکشد. این مواد زمانی که به سمت سیاهچاله می‌آیند و روی سطح آن می‌ریزند، پرتو‌های پر انرژی ایکس منتشر می‌کنند که با برخی تلسکوپ‌ها قابل آشکارسازی است، اما این روش فقط زمانی کاربرد دارد که سیاهچاله عضو منظومه‌ای با چند ستاره باشد.
پشت‌پرده کشف یک سیاهچاله ابرپُرجرمی
دکتر «سهراب راهوار» یکی از اعضای تیم ایرانی که موفق به کشف یک سیاهچاله با جرمی یک میلیون برابر خورشید شدند از این کشف مهم و دستاوردهایش می‌گوید.
مجید حسین‌زاده | روزنامه‌نگار
خبر کشف یک سیاهچاله توسط پژوهشگران دانشگاه صنعتی‌شریف با جرم یک میلیون برابر بیشتر از خورشید، در یک نشریه معتبر حوزه کیهان‌شناسی در جهان، چاپ و تایید شد. به گزارش روابط‌عمومی دانشگاه صنعتی‌شریف در پژوهشی جدید، منجمان شریفی؛ «زینب کلانتری» دانشجوی دکترای کیهان‌شناسی، دکتر «سهراب راهوار» و دکتر «رضا رحیمی‌تبار» استادان دانشکده فیزیک دانشگاه شریف به‌همراه دکتر «اعلی ابراهیم» از دانشگاه سلطان قابوس عمان، فورانگر گامایی را مشاهده کرده‌اند که توسط یک ابرسیاهچاله با جرم حدود یک میلیون برابر خورشید همگرا شده است. در ادامه با دکتر «سهراب راهوار» درباره این کشف، چگونگی آن، تاثیرات آن بر مطالعات آینده اخترفیزیک و ... گفتگو کردیم.
۲ سال پیش روی این پژوهش کار کردیم
او که چندین مقاله جهانی مهم درباب کشف سیاهچاله‌ها داشته، درباره این کشف می‌گوید: «این اتفاق در واقع نتیجه تحقیقات دانشجوی دکترای من، خانم کلانتری بود که در دانشکده فیزیک صنعتی‌شریف هستند. این پژوهش تقریبا از ۲ سال پیش شروع شد و روی آن کار کردیم. سال گذشته، ثابت کردیم که چنین پدیده‌ای وجود دارد و یک سیاهچاله جدید کشف شده است. بعد از آن ۵ یا ۶ مقاله توسط افراد مختلف در کشور‌های مختلف جهان درباره این پدیده نوشته شد، بعضی‌ها آن را تایید و بعضی انتقاد کردند، اما ما این بار با یک روش آماری معتبرتر، نشان دادیم که این قطعا یک سیاهچاله است و کشور ما موفق به کشف آن شده است. یعنی در این مقاله علمی دوم که در اول آگوست امسال در مجله معتبر استروفیزیکال ژورنال چاپ شد، این دفعه محکم‌تر و با قطعیت بیشتر، مشخص شد که این یک سیاهچاله بوده است».
بررسی فورانگر‌های گامایی که به سمت ما می‌آیند
از دکتر «راهوار» می‌خواهم که از جزئیات علمی این کشف قابل‌توجه توسط پژوهشگران ایرانی برای‌مان بگوید: «کاری که ما انجام دادیم، این بود که به داده‌هایی که توسط ماهواره فرمی که سال ۲۰۰۸ توسط ناسا به فضا ارسال شده است، توجه و دقت خاص‌تری کردیم. این داده‌ها در واقع فورانگر‌های گاما را که یک انفجار‌های بسیار پر انرژی هستند، از سال ۲۰۰۸ به این طرف ثبت کرده‌اند. ایده‌ای که ما داشتیم، این بود که این فورانگر‌های گامایی که به سمت ما می‌آیند، ممکن است در بین راه توسط یک سری اجرام پرجرم مانند سیاهچاله‌ها همگرا بشوند. همگرا شدن یعنی خم شدن نور در نزدیکی آن اجرام که طبیعتا هرچقدر آن جرم فشرده‌تر و متراکم‌تر باشد، این همگرایی شدیدتر اتفاق خواهد افتاد. همگرایی گرانشی را مردم در طیف مرئی مشاهده کردند، مثلا تصاویری که جیمز وب می‌دهد، کمک می‌کند تا اگر شما به آن تصاویر نگاه کنید، همگرایی گرانشی را ببینید. مثلا می‌بینید که تصویر بعضی از کهکشان‌ها اعوجاج پیدا کرده است و .... در واقع وقتی همگرایی گرانشی اتفاق می‌افتد توسط یک جرم فشرده، دو تا تصویر ایجاد می‌شود. در عدسی گرانشی، از هر اتفاقی به شما دو تصویر می‌دهد و یکی از تصاویر، نورش نسبت به تصویر دیگر با یک تاخیر زمانی به ما می‌رسد؛ بنابراین ما از این ایده استفاده کردیم که نگاه کنیم به این فورانگر‌های گاما و ببینیم این فوران‌ها و انفجار‌هایی که رخ داده، آیا پشت سر هم دیده و ثبت شده یا نه؟ اگر این انفجار‌ها همگرا شوند باید در یک فاصله زمانی مشخص، دوباره تکرار بشود که در این کشف اخیر، همین‌طور بود و ما متوجه آن شدیم منتها ممکن است یک نفر بگوید که شاید این طبیعت یک فورانگر گاما باشد که به صورت دوتا پیک یا دوتا انفجار دیده شود. ما یک بررسی کردیم و چند نمونه پیدا کردیم و دیدیم در یکی از حالت‌ها، دوتا انفجار که پشت سر هم ثبت شده بود، کپی هم بودند از نظر تغییرات شدت پرتو‌های گاما بر حس زمان؛ بنابراین با ۲ روش آماری متفاوت نشان دادیم که با احتمال بالای ۹۵ درصد، این ناشی از انفجار یک فورانگر گاما ست که توسط یک عدسی که بین راه‌شان بوده، همگرا شده و نتیجه‌اش ۲ پالس پرتو است به فاصله نزدیک ۴۰ ثانیه (که در تصویر هم می‌بینید). چون قبلش تئوری‌اش را کار کرده بودم، از آن استفاده کردیم و با توجه به داده‌های دریافتی، حساب کردیم که جرم آن عدسی باید چقدر باشد که یک میلیون برابر خورشید جرم آن به دست آمد و این سیاهچاله ابرپرجرم را کشف و وجودش را ثابت کردیم».
سیاهچاله‌ای که برای اولین‌بار در جهان رصد شد
استاد دانشکده فیزیک صنعتی‌شریف که اواخر سال گذشته به‌خاطر رصد سیاهچاله‌های منفرد در اعماق فضا برای اولین بار در جهان مورد توجه قرار گرفت، درباره آن هم توضیح کوتاهی می‌دهد: «سیاهچاله منفرد برای اولین بار در جهان بود که در یک همکاری بین‌المللی، مشاهده‌اش اتفاق افتاد. آن ماجرایش با این موضوع، متفاوت است. در آن پروژه ما روی سیاره‌های فراخورشیدی کار می‌کردیم، اما بخشی از داده‌هایش به گونه‌ای بود که می‌توانستیم برای کشف سیاهچاله‌ها از آن استفاده کنیم و آن کشف توسط تلسکوپ اپتیکی بود. آن سیاهچاله که بقایای یک ستاره مرده در کهکشان راه‌شیری بود، به همراه یک تیم بین‌المللی از محققان بیش از ۵۰ موسسه پژوهشی کشف شد.»
این کشف‌ها به کشورمان اعتبار علمی می‌دهد
دکتر «سهراب راهوار» درباه اهمیت کشف این سیاهچاله و توانمندی پژوهشگران کشورمان برای چنین دستاورد‌هایی می‌گوید: «این موضوع برای کشور ما از این منظر مهم است که هر کشور یا ملتی که در پیشبرد علم سهم داشته باشند، آن‌ها در واقع حرف اول را در آینده خواهند زد. شما در هر زمینه‌ای که پیشرو باشید به خصوص در علوم پایه، می‌توانید پیشرفت کشورتان را در بقیه حوزه‌ها هم بیشتر کنید و به آن سرعت ببخشید. به خودی خود، این نوع فعالیت‌های پژوهشی و دستاوردهایش، به کشور اعتبار علمی می‌دهد و حرف ایرانی‌ها در جهان، جدی‌تر گرفته خواهد شد. البته به شرطی که از طرف ساختار علمی کشور هم حمایت اتفاق بیفتد و آن تکانه‌ای که الان علم دارد، اگر حمایت نشود، آن‌قدر سرعتش کم خواهد شد که به مرور متوقف خواهد شد».
سوالات بنیادی که سیاهچاله‌ها پاسخ خواهند داد
این کیهان‌شناس از تاثیرات این کشف و به‌طور کلی رصد سیاهچاله‌ها توسط دانشمندان می‌گوید: «یکی از سوالات مهمی که در کیهان‌شناسی وجود دارد، مسئله ماده تاریک است. یکی از کاندیدا‌های ماده تاریک، سیاهچاله‌های اولیه هستند که در ابتدای عالم شکل گرفتند. کاندیدا‌های دیگر ماه تاریک که قرار بود یک سری ذرات بنیادی بشوند، هیچ‌کدام کشف نشدند. برای همین الان تنها کاندیدایی که ما داریم، سیاهچاله‌ها هستند. کشف این‌ها به ما کمک می‌کند تا به این سوال بنیادی پاسخ بدهیم که طبیعت ماده تاریک چیست؟ همچنین پیداکردن سیاهچاله‌ها باعث می‌شود شناخت ما از تحول ستاره‌ها بیشتر شود. از طرفی به اثر همگرایی گرانشی در یافتن سیاره‌های فراخورشیدی کمک می‌کند. پیداکردن سیاره فراخورشیدی که زیست‌پذیر باشد در حد یک انقلاب علمی‌خواهد بود، زیرا نشان می‌دهد زمین تنها سیاره قابل سکونت در کیهان نیست. علاوه بر این، سیاهچاله‌ها، آزمایشگاه‌های مهم گرانش هستند. یکی دیگر از بنیادی‌ترین سوالات دنیای فیزیک درباره کوانتومی‌کردن گرانش است که باید به دنبال پاسخ آن در سیاهچاله‌ها باشیم.»
منبع: خراسان