در درون سیاه‌چاله‌ها چه خواهید دید؟

فرادید: سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن فشرده شده است. اما اگر با یک فضاپیما به داخل آن سفر کنید، چه خواهید دید؟ مارکوس وو به دنبال پاسخ این سوال رفته است.

به گزارش بی‌بی‌سی، چیزی در مورد «سیاه‌چاله‌ها» وجود دارد که توجه شما را به خود جذب می‌کند. درست است! گرانش سیاه‌چاله آن‌قدر زیاد است که حتی نور نیز نمی‌تواند از آن فرار کند. اما چیز دیگری در مورد آن وجود دارد؛ چیزی که به کمی تامل نیاز دارد.

شاید آن مورد همان تاریکی سیاه‌چاله‌ها باشد. تاریکیِ مطلق و البته مرموزی که تمرکز شما را به درون خود جذب می‌کند و حتی شما را کنجکاو می‌کند تا کمی نزدیک‌تر بیایید. سفر به اعماق سیاه‌چاله‌ها سفری یک طرفه است، پس نیازی نیست نگران بلیت برگشت باشید! همین که از «افق رویداد» یعنی همان جایی که نور اجازه گریز ندارد عبور کنید، دیگر راه برگشتی ندارید. به احتمال فراوان، شما مرگی دردناک را تجربه خواهید کرد. اگر تا این جای کار نترسیده‌اید، بهتر است با هم به سراغ ماجراجویی یک سیاه‌چاله برویم.


زمانی که سوخت یک ستاره بزرگ تهی می‌شود، آن ستاره توان وزنی خود را از دست داده و به یک سیاه‌چاله تبدیل می‌شود. تنها ستاره‌هایی می‌توانند به سیاه‌چاله تبدیل شوند که وزن کافی داشته باشند. در واقع ستاره‌هایی که حداقل ۲۵ برابر خورشید هستند می‌توانند به سیاه‌چاله تبدیل شوند. به عبارتی دیگر، از هر هزار ستاره در کهکشان تنها یک ستاره قابلیت تبدیل شدن به سیاه‌چاله را دارد. راه شیری حداقل ۱۰۰ میلیارد ستاره دارد که با یک حساب سرانگشتی متوجه می‌شویم که ۱۰۰ میلیون سیاه‌چاله بالقوه در راه شیری وجود دارد. اما نباید فراموش کنید که فضا خیلی بزرگ است. حتی اگر شما با سرعت نور هم حرکت کنید، چندین هزار سال طول می‌کشد تا به نزدیک‌ترین سیاه‌چاله برسید.

حتی اگر فرض کنیم که شما متخصص سفرهای بین ستاره‌ای هستید و از طریق «کرم‌چاله» یا «حرکت مافوق نور» به یکی از همین سیاه‌چاله‌ها برسید. چه چیزی خواهید دید؟

گشتی در سیاه‌چاله

کار خاصی نیست. یک سیاه‌چاله‌ی تنها کاملا سیاه است! اگر در آن بچرخید، متوجه خواهید شد که کروی است و اصلا شبیه سیاه‌چاله‌های مسطح کارتون «رودرانر یا میگ میگ» نیست. اگر هم بچرخد (که احتمالا هم می‌چرخد، چون هر چیزی در جهان با درجه‌ای خاص می‌چرخد)، نتیجه می‌گیریم که میانه این کره کمی کشیده‌تر است و با یک کره کامل متفاوت است.

برای اینکه بحث خیلی هم خشک و علمی نشود، به مرکز راه شیریِ خودمان می‌رویم. جایی که یک «سیاه‌چاله کلان جرم» با اندازه تقریبی چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد. گرانش سیاه‌چاله میزان زیادی گاز و غبار فضایی را به خود جذب کرده است که به صورت یک دیسک حرکتی مارپیچی دارد. همزمان با تحلیل رفتن مواد، دمای حاصل از گرمای اصطکاک تا میلیاردها درجه بالا رفته و تابش زیادی در پی آن تولید می‌شود. علاوه بر آن، ذرات باردار و انرژی نیز از آن به بیرون جاری می‌شود.

این دیسک نمایی زیبا خواهد داشت که البته نمی‌توان آن را مستقیم از درون سیاه‌چاله مشاهده کرد، زیرا گازها و غبار فضایی آن را پوشانده است. اما می‌توانید ببینید که چگونه گرانش سیاه‌چاله نور اطراف را خم می‌کند. در واقع سیاه‌چاله با این کار اثر بصری خود را بر روی مواد اطراف می‌گذارد و «سایه سیاه‌چاله‌ای» را به وجود می‌آورد. گرانش نیز آن سایه را منحرف می‌کند و کاری می‌کند که پنج برابر سیاه‌چاله اصلی به نظر برسد.

در حالت عادی نور در خط‌های مستقیم حرکت می‌کند، به شکلی که فوتون‌ها به سمت جلو پیش می‌روند. اما در نزدیکی سیاه‌چاله، گرانش قوی فوتون‌ها را به سمت خود می‌کشد. فوتون‌ها نیز بالاجبار به دور آن می‌چرخند. برخی از آن فوتون‌ها می‌توانند فرار کنند و به چشمان ما (تلسکوپ‌ها) برسند. چیزی که ما می‌بینیم، حلقه‌ای روشن است که هم‌مرز با سایه است.

بخش میانی دیسک متشکل از مواد نیز با سرعتی نزدیک به سرعت نور به دور سیاه‌چاله می‌چرخد. بنا به نظریه نسبیت انیشتین، اگر یک منبع نوری به سمت شما حرکت کند، روشن‌تر به نظر می‌رسد. بنابراین ممکن است قسمت‌هایی از آن دیسک برای شما روشن‌تر به نظر برسد.

زیبایی بی حد و حصر

از آنجایی که نمی‌توان مستقیم سیاه‌چاله را دید، پس حتما سایه‌ی آن را همراه با هلال و حلقه‌ی روشن دور آن خواهید دید. برخی از دانشمندان می‌گویند که ممکن است به دلیل خروج گازها، غبار فضایی و ذرات باردار از زیبایی این تصویر کمی کاسته شود. اما برخی دیگر می‌گویند که تاثیری ندارد.

ستاره‌شناسان به ترکیب کردن ۱۱ تلسکوپ قدرتمند که در حال حاضر روی زمین وجود دارد، قصد دارند تا برای اولین بار یک تلسکوپ غول‌پیکر بسازند تا برای اولین بار موفق به دیدن سیاه‌چاله شوند. این تلسکوپ عظیم که تجهیزات مرتبط با آن از قطب جنوب تا شیلی پخش شده «تلسکوپ افق رویداد» نام دارد و داده‌های حجیم آن توسط ابررایانه‌ها پردازش خواهد شد.

شِپ دوِلمان ستاره‌شناس دانشگاه MIT می‌گوید: «آن تلسکوپ به ما امکان بزرگنمایی را می‌دهد که تاکنون در طول تاریخ بی‌سابقه بوده است. پیدا کردن پاسخ سایه سیاه‌چاله از زمین مثل این است که یک پرتقال را روی ماه شناسایی کنید.»

مراقب باشید تجزیه نشوید!

بهار امسال هفت تلسکوپ را آماده کردند. شپ امیدوار است که تا سال ۲۰۱۷ همه آن تلسکوپ‌ها آماده شوند تا مردم بتوانند مستقیم سیاه‌چاله را ببینند. در واقع، مشاهده آن واقع سر و صدا خواهد کرد، زیرا هیچ مدرکی تاکنون مستقیما وجود سیاه‌چاله‌ها را اثبات نکرده است. تمام مدارک و شواهدی که تاکنون یافت شده غیرمستقیم بوده است، برای نمونه تاثیر گرانشی سیاه‌چاله بر ستاره‌های اطراف نشان داده شده است. از این طریق فیزیکدانان می‌توانند رخدادهای سیاه‌چاله‌ها را بررسی و نظریه گرانشی انیشتین را مورد سنجش واقعی قرار دهند.

با این حال، دیدن یک منظره شاید کافی به نظر نرسد و شما هنوز هم بخواهید درون آن بروید. اما متاسفانه فیزیکدانان دقیقا نمی‌دانند چه اتفاقی رخ خواهد داد. فرضیه متداول این است که «اسپاگتی سازی» یا «اثر نودلی» اتفاق می‌افتد. اما معنای آن چیست؟ اگر شما با اول با پا وارد سیاه‌چاله شوید، سنگینی آن بیشتر از سر شما خواهد بود. به عبارت بهتر، میزان گرانش در پا بیشتر از سر خواهد بود. این اختلاف پیوسته بزرگ و بزرگ‌تر خواهد شد تا شما تجزیه شوید! این کِشندگی گرانشی به سرعت تمام سلول‌ها، مولکول‌ها و اتم‌های بدن شما را متلاشی خواهد کرد.

علم ریاضی اینجا به کمک ما می‌آید. اگر سیاه‌چاله نسبتا کوچک باشد، اسپاگتی سازی خیلی قبل‌تر از عبور از افق رویداد رخ خواهد داد. یادتان نرود که افق رویداد همان جایی بود که نور دیگر امکان فرار نداشت. اما اگر سیاه‌چاله خیلی بزرگ باشد، به این معنا که چندین میلیارد برابر خورشید باشد، شما می‌توانید به سلامت از افق رویداد عبور کنید و اسپاگتی سازی با تاخیر انجام خواهد شد.

اما در سال 2012، زمانی که جان پولشینسکی و فیزیکدانان دیگر بر روی این مسئله کار می‌کردند که آیا اطلاعات درون سیاه‌چاله برای همیشه از بین خواهد رفت یا خیر، متوجه شدند که سرنوشتی دیگر نیز محتمل است. آن‌ها گفتند که بر اساس مکانیک کوانتوم، افق رویداد به یک دیواره آتشین تبدیل خواهد شد و زمانی که شما از آن عبور می‌کنید به خاکستر تبدیل خواهید شد. بنابراین اصلا فرصت اسپاگتی سازی برای شما به وجود نخواهد آمد.

اما برخی از فیزیکدانان دیگر با این نظر موافق نبودند. بنا به اصل اول نظریه نسبیت انیشتین، شخصی که به درون افق رویداد می‌افتد نباید چیزی متفاوت از «شناور بودن در فضا» را احساس کند. ولی دیواره آتشین «اصل هم‌ارزی» را نقض می‌کند. به همین دلیل، فیزیکدانان هنوز اتفاق نظر بر سر این مسئله نداشته و نظرات را یکی‌یکی بررسی می‌کنند.