در بین تمام اشیا در کیهان
سیارات
ستاره ها
کهکشان ها
هیچ کدام به عجیبی
رمزآلودی
یا قدرت مند تر از
سیاه چاله ها نیست
سیاه چاله ها
شگفت انگیزترین موجودات در جهان هستند
آنها میتوانند ستاره ای را بطور کامل
و بدون هیچ مشکلی غورت دهند
آنها دهانه ای بسیار قوی دارند
که مواد را به درون خود میکشد
ابتدا بر روی کاغذ کشف شد
بر پشت یک نامه
با تکان هایی از قلم
راه حلی عجیب
برای یک معادله ی به ظاهر غیرقابل حل
یک معمای ریاضی
خود اینشتین
نمیتوانست سیاه چاله‌ها را بعنوان شیئی واقعی باور کند
مردم برای سال های متمادی وجود آنها را باور نکردند
طبیعت به اینگونه عمل نمیکند
به تدریج هنگاهی که دانشمندان شروع به تحقیق در مورد سیاهچاله‌ها کردند
با مشاهده تأثیر آنها
بر روی محیط اطرافشان
شواهد وجودشان شروع به افزایش یافت
این اثبات وجود سیاه چاله است
میلیون ها برابر جرم خورشید
اکتشافات برجسته نشان می دهد
ما تونستیم!!
سیاه چاله ها واقعی هستند
فکر میکردم این دیوانه واره
با خودم گفتم: لعنـــتی
ولی اونها واقعا چی هستن؟
اگر بتونیم یکی از اونها رو از نزدیک ببینیم با چی ممکنه روبرو شیم
با قدرت بی اندازه آنها, ایا سیاه چاله ها به طریقی میتوانند
ساختار جهان رو تغییر و شکل بدهند؟
آیا ممکن است ما بدون آنها وجود نداشته باشیم؟
این همچو یک سفر است
"آخرالزمان سیاه چاله"
تیم ترجمه سایت علمی بیگ بنگ تقدیم می کند
اشیاء آخرالزمانی ای در جهان وجود دارد همچون:
موتورهای تخریب
خطرناک و اسرارآمیز
سیاه چاله ها
حتی دانشمندانی که بر روی آنها مطالعه میکنند
آن ها را متحیر کننده میدانند
سیاه چاله ها میتونند مغزتون رو از شدت حیرت منفجر کنند
من متحیرم که این اشئیا در واقع وجود دارند
سیاه چاله ها از درک ما از طبیعت سرپیچی می کنند
سیاه چاله ها بزرگ ترین راز جهان هستند
آنها کاملا نامرئی هستند
در عین حال قدرتمند تر از حد تصورات ما
آنها میتوانند یک ستاره را تکه و پاره کنند
سیاه چاله ها در واقع
هرچیزی که در مسیرشان قرار بگیرد را میبلعند
شما میبایست به هر قیمتی شده از آنها دوری گزینید
سیاه چاله ها حتی زمان را کند میکنند
زمانی فکر میکردم آنها به قدری عجیبند که نمیتوانند واقعی باشند
سیاه چاله ها درک ما از فیزیک را بطور کامل خورد میکنند
ولی می آموزیم که وجود آن ها برای جهانی که میشناسیم
ممکن است به نوعی ضروری باشد
آنها ممکن است بازیکنان اصلی جهان باشند
این اشیاء عجیب قدرتمند
ظالم و غافل گیر کننده به راستی چی هستند؟
کجا هستند و چطور جهان رو کنترل میکنند؟
جستجو برای سیاه چاله ها آغاز شد
و این سفری هیجان انگیز در سراسر کیهان
به مکان هایی خواهد بود که هرچیزی که فکرش رو بکنید به چالش کشیده خواهد شد
جایی که مکان و زمان حتی واقعیت
از یک داستان نیز عجیب تر خواهند بود
تیم ترجمه سایت علمی بیگ‌بنگ bigbangpage.com
و ما سفرمون رو در یک مکان بعید آغاز خواهیم کرد:
اینجا در یک مکان از راه دور در ایالت واشنگتن
جایی که --برای اولین بار--
یک آزمایش جدید رادیکال سیاهچاله ها را کشف کرده است
این بیش از ۵۰ سال پیش سرچشمه گرفت
هنگامی که چند دانشمند نظری
فناوری را تصور می کنند که هنوز اختراع نشده است
ترجمه: سپیده سپهری
در جستجوی چیزی که برای هیچ کس مشخص نیست که آیا می توان آن را یافت
این آزمایشی جسورانه و خطرناک است
شکست میتواند زندگی آن هارا برای همیشه عوض کند
ولی آنها شکست نمیخورند
درست در اینجا با این امکانات
آنها کشف قابل توجهی انجام می دهند
در ساعات اولیه ی روز ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵
آن ها پیامی را ضبط میکنند
که اینگونه به نظر میرسد
نویزی کوچک
ولی صدایی حماسی و ماندگار
این سیگنال بیش از یک میلیارد سال نوری را طی کرد تا به ما برسد
♪ ♪
از جایی بسیار دوردست شروع شد
و آنچه به ما می گوید این است:
جایی در کیهان بیش از یک میلیارد سال پیش
دو سیاه چاله بزرگ در یک برخورد کشنده با همدیگر به صورت دایره ای درمی آیند
نزدیک تر و نزدیک تر میشوند
با سرعتی زیاد میچرخند
تا اینکه در نهایت با یک دیگر برخورد کنند
سیاهچاله ها امواجی ایجاد می کنند که به بیرون گسترش می یابد
درست مثل ضربان روی طبل
زنگی در فضای اطراف خودش
این برخورد انفجار بزرگی را ایجاد می کند
با قدرتی ۵۰ برابر بیش از
کل جهان قابل مشاهده
امواجی نه از گرما نور یا صدا
بلکه امواجی از نوع گرانش را به بیرون ساطع میکند
این موج گرانشی به مسیر خود در سراسر جهان
با سرعت نور ادامه میدهد
♪ ♪
موج توسط ستاره ها می چرخد
بر روی زمین جوان ابر قاره ها شکل می گیرند
موجودات میکروسکوپی به تازگی ظاهر شده اند
کهکشان ها را یکی پس از دیگری
در می نوردد
دایناسورها روی زمین پرسه می زنند
موج هنوز در حال چرخش است
از طریق ابرهای غباری جا به جا میشود
و سپس به کهکشان راه شیری نزدیک میشود
عصر یخبندان به تازگی شروع شده است
ما انسان ها غارنشینی هستیم که در غار مشغول نقاشی هستیم
موج به ستارگان نزدیک میشود
آلبرت اینشتین در کلاس ششم است
موج به اندازه آلفا قنطورس به ما نزدیک شده است
در نیمه شب ۱۳ سپتامبر ۲۰۱۵
به نزدیکی زحل است
سرانجام پس از یک میلیارد سال بعد از برخورد سیاه چاله ها
موج به ما میرسد
به یک جفت رصدخانه ی جدید
و سایت آزمایشگاه آن ها
برخورد میکند
این لایگو است
رصد خانه ی لیزر تداخل سنج موج گرانشی
آزمایش ۵۰ سال در حال ساخت
بالاخره به موفقیت رسی
و روشی کاملاً جدید برای کشف جهان گشود
برای ۴۰۰ سال تقریباً هر آنچه را که در فضا مشاهده کرده ایم
به نوعی از انرژی الکترومغناطیسی به ما رسیده است
اون صدای جیرجیر کوچک متفاوتیه
چیزی که در سپتامبر ۲۰۱۵ به زمین برخورد میکنه
موج گرانشی ای است که
سطح فضا را فشرده میکنه و کش میده
هیچ نوری از خودش منتشر نمیکنه
هیچ تلسکوپی تاکنون موفق به دیدن این برخورد نشده است
ما به یک رصدخانه کاملاً جدید برای کشف آن احتیاج داشتیم
آن موج دارای شواهد مستقیم جدیدی
از یکی از عجیب ترین رمز و رازهای جهان هستی بود:
سیاه چاله ها
♪ ♪
بسیاری از ما راجع به سیاه چاله ها شنیده ایم
آنها نامرئی هستند و قدرتمند
ما داریم راجع به چیزهایی صحبت میکنیم
که میلیارد ها برابر بزرگ تر از خورشید هستند
شگفت انگیز
یک وجود فیزیکی
با تراکم نامتناهی
بدون آغاز بدون پایان
آنها همه چیز را به داخل کشیده
و نور را منحرف میکنند
زمان شروع به تغییر میکند
گرانش به حدی شدید است که یک ساعت متحرک
کندتر می شود
زمان بقدری برای شما کند میشود
که میتوانید تمام آینده ی زمین را
در برابر چشمانتان مشاهده کنید
سقوط کنید و به اندازه ی یک نودل نازک میشوید
شما از بافت فضا و زمان بیرون کشیده میشوید
مثل خمیردندان درون لوله
♪ ♪
امروزه ما درباره سیاه چاله ها بیش از هر زمان دیگری اطلاعات داریم
ولی هرچقدر بیشتر درباره شان میفهمیم آنها رمزآلودتر میشوند
آنها عجیب ترین اشیاء جهان هستند
ما فیزیکی برای توصیف آنها نداریم
مهم نیست که چقدر آنها را درک کرده اید
آنها تا حدی غیر قابل دستیابی باقی می مانند
حالا او وارد
سیاهچاله میشه!
بنابراین سیاهچاله ها دارای شهرت بسیار زیادی هستند
و اگر کاراکتری شرور برای یک فیلم علمی تخیلی می خواهید یک سیاه چاله را بیاورید
اما در واقعیت یک سیاه چاله دقیقاً چیست؟
و از کجا می آید؟
ممکن است فکر کنید یک سیاه چاله مانند این است - یک شی
ولی اینطور نیست
سیاه چاله مثل یک سوراخ در سطح فضاست
مکانی که در آن هیچ چیز وجود ندارد؛ جز گرانش
گرانش در شدیدترین و پر تحرک ترین حالتش
♪ ♪
بنابراین اگر سیاهچاله ها هیچی جز گرانش نباشند
--گرانش در شدیدترین حالت ممکنش--
خود گرانش دقیقا چیست؟
♪ ♪
ما همگی با مفهوم گرانش آشنا هستیم
(شکستن ظرف): بله امروز جمعه است
او بر زندگی ما حاکم است
اما حتی در همین حال برای مدت زمان طولانی
چگونه کار کردن گرانش
در واقع یکی از بزرگترین رازها بود
بیش از ۳۰۰ سال پیش
ایزاک نیوتون
مجذوب رفتار اشیاء در حال حرکت بود
سرانجام او قوانین حرکت خود را کشف کرد
آن قوانین به قدری خوب کار می کنند که ما هنوز هم امروزه از آنها استفاده می کنیم
ساعت ۹:۴۳ صبح حرکت میکنیم
اما قوانین نیوتن فقط می تواند اثر گرانش را توصیف کند
ولی در توضیح و تفسیر آن ناتوان است
نیوتون: هوووم
و اینجا جایی است که آلبرت اینشتین می آید
همانند نیوتون او هم به اشیاء در حال حرکت
و به ماهیت گرانش فکر میکرد
آیا این یک نیرو است؟
یا چیز دیگری؟
این چیزی بود که اینشتین را نگران میکرد
این سیب را در نظر بگیر
من بدون دست زدن بهش نمیتونم تکونش بدم
اما اگر سیب را رها کنم به سمت زمین حرکت می کند
چه میشود اگر دستم را رها کنم
و زمین و زیر آن نیز نباشد؟
اونوقت چه اتفاقی می افته؟
سیب به افتادن ادامه میده
اینشتین متوجه شد که گرانش
ارتباطی با افتادن دارد
حالا اگر این سیب را پرت کنم
در یک مسیر منحنی می افتد
حالا تصور کنید اگر میتوانستم سیب را با سرعت بیشتری حرکت دهم
سرانجام اگر سیب را با سرعت بسیار بسیار زیاد به حرکت دربیاورم
--چیزی حدود ۱۷ هزار مایل در ساعت--
مسیر منحنی آن با منحنی زمین مطابقت دارد
سیب در مداری آزادانه در حال سقوط است
درست همانند ایستگاه فضایی بین المللی
و فضانوردان داخلش
طبق گفته ی اینشتین
سیب استگاه فضایی و فضانوردان
همگی در یک مسیر منحنی در فضا آزادانه در حال سقوطند
و چه چیز آن مسیر را منحنی شکل میکند؟
جرم زمین
انیشتین مفهوم بسیار ساده ای را ارائه داد
و آن این است که فضا و زمان توسط زمین
خورشید و همه ی اجرام دیگر آسمان خم شده است
بنابراین طبق نظر اینشتین
جرم هر جسم باعث می شود فضای اطراف آن خمیده شود
و این تصور اینشتین بود
دیگر نیرویی وجود ندارد
فقط اشیائی وجود دارند که فضا-زمان را خمیده میکنند
و اشیاء دیگر مستقیم ترین خط از آن را دنبال می کنند
همه اشیاء در حال حرکت منحنی های فضا را دنبال می کنند
بنابراین چگونه زمین سیب را بدون لمس آن حرکت می دهد؟
زمین فضا را خمیده میکند
و سیب آزادانه در آن خمیدگی سقوط میکند
طبق نظریه نسبیت عام انیشتین
این جاذبه است: فضای خمیده
و این درک از گرانش
که یک شیء باعث می شود فضای اطراف آن خمیده شود--
مستقیماً به سیاه چاله ها منتهی می شود
اما این فقط آلبرت انیشتین نیست که ابتدا ارتباط بین
گرانش و سیاهچاله ها را کشف کرد
این یک دانشمند دیگر است
کارل شوارتزیلد
یک منجم آلمانی
و رئیس رصدخانه پوتسدام در آلما ن بود
از زمان نوجوانی او در حال محاسبه
ویژگی های پیچیده مدار سیارات بود
هنگامی که انیشتین در سال ۱۹۱۵ از نظریه گرانش خود پرده برداشت
کارل شوارتزیلد در ارتش آلمان
در حال محاسبه ی مسیرهای توپخانه ای در جنگ جهانی اول بود
و فقط چند هفته پس از آنکه انیشتین مقالات خود ارائه کرد
شوارتزیلد در روسیه
به سرعت از آن نسخه ای گرفت و
از میدان گرانشی در اطراف یک ستاره نقشه برداری کرد
انیشتین از طریق
یک سری تقریب به آن رسیده بود
اما شوارتزیلد هنگام نشستن
روبروی گلوله و بمب در جنگ
یک راه حل دقیق برای نظریه انیشتین محاسبه کرد
و آن را برای انیشتین ارسال کرد
انیشتین متحیر شد
او حتی تصور نمی کرد
که کسی دقیقاً بتواند این معادلات را حل کند
اما کار شوارتزیلد تمام نشده است
در حل خود برای معادلات انیشتین
چیزی را کشف می کند که خود انیشتین پیش بینی نکرده بود
شوارتزیلد گفت
"من می توانم این فاصله عجیب را
از یک شی گرانشی
که نشان دهنده نوعی مرز است محاسبه کنم
شوارتزیلد از نظر ریاضی توده ای را متمرکز می کند
برای مثال یک ستاره
در یک نقطه
سپس او محاسبه می کند که چگونه این جرم فضا را خمیده می کند
و پرتوهای نوری که از نزدیکی عبور می کنند را منحنی میکند
همانطور که او از طریق ریاضیات خود
ذراتی از نور یا ماده را به سمت این نقطه هدف قرار می داد
مرزی در اطراف نقطه بود
که در آن ذرات متوقف می شدند
ذرات ناپدید شدند
زمان ایستاد
شوارتزیلد کشف کرد
که غلظت جرم باعث می شود فضا به حدی کشیده شود
که راهی برای بازگشت وجود نداشته باشد
هر چیزی که وارد آن منطقه شود گرفتار می شود
و قادر به فرار نیست -- حتی نور
درست همانند آن تله های سوسک
که میتوان واردش شد ولی خارج شدن از آن امکان پذیر نیست
هنگامی که از آن مرز عبور کردید
حتی اگر بتوانید در آن حرکت کنید
برای بیرون آمدن هیچ راهی وجود ندارد
هیچ کاری نمی توانید انجام دهید تا از سیستم خارج شوید
اینجا تبدیل به قسمتی عجیب و بریده شده از فضا-زمان تبدیل میشود
آنچه کارل شوارتزیلد کشف کرده است این است که هر جرم
فشرده شده در یک فضای به اندازه کافی کوچک
تبدیل به چیزی میشود که امروزه به آن سیاهچاله میگوییم
اما آلبرت اینشتین
که نظریه گرانشش چنین چیزی را پیش بینی می کند -
نمی تواند باور کند که همچین چیزی می تواند در دنیای واقعی اتفاق بیفتد
انیشتین فکر نمی کرد
که طبیعت اینطورعمل کند
او این ایده را نمیپسندید
کارل شوارتزیلد بیمار می شود و
قبل از این که فرصتی برای تحقیق بیشتر درباره کشف خود پیدا کند میمیرد
دو سال و نیم بعد در نوامبر ۱۹۱۸
جنگ جهانی دوم پایان یافت
کره تئوری عجیبی که توسط کارل شوارتزیلد کشف شد
به نظر می رسد که فراموش شده
و اکنون چیزی نیست جز یک پاورقی تاریخی جالب
اما در دهه های آینده
فیزیکدانان درباره اتم
نحوه سوخت هسته ای برای نیروی درون ستاره اطلاعات بیشتری کسب می کنند
پروسه ای به نام همجوشی هسته ای
برخی شروع به این پرسش می کنند که آیا چیزی مانند سیاه چاله
می تواند واقعاً از یک ستاره درست شده باشد
آن هم نه هر ستاره ای - بلکه ستاره ای بسیار بزرگ
ستاره ها در بسترهایی متولد میشوند
که دارای ستاره هایی با اندازه و جرم های متفاوت هستند
هزاران ستاره ی کوچک
و چند ستاره ی بزرگ ستاره هایی بسیار بزرگ
با جرم عظیم
ستارگان از بسیاری جهات شبیه موجودات زنده هستند
مانند انسان ها آنها چرخه زندگی دارند
بررسی چرخه های زندگی ستاره ها در ۱۹۳۰
توسط دو نفر - سابرامانایان چندراسکر و رابرت اپنهایمر
آن ها کشف کردند که اکثر ستاره های عظیم
زندگی خود را بسیار متفاوت از نمونه های کوچکتر پایان می دهند
چرخه زندگی یک ستاره به جرم آن بستگی دارد
جرم ستاره تعیین می کند
که پس از اتمام هیدروژن سوزی چه اتفاقی می افتد
تمام ستارگان شروع به سوزاندن هیدروژن - سبکترین اتم - می کنند
و اتم های هیدروژن را به هلیوم تبدیل میکنند
تا به عناصر سنگین تر برسند
جاذبه می خواهد کل جرم ستاره را خرد کند
اما انرژی عظیمی که توسط همجوشی آزاد می شود به سمت بیرون رانده می شود
و مانع از فرو ریختن ستاره به درون می شود
ستاره ها پایدار هستند زیرا به دلیل همجوشی هسته ای
دارای فشاری بیرونی هستند
و این با نیروی جاذبه ی درونی در تعادل است
ستارگان کوچکتر همجوشی هسته ای برای عناصر سنگین تر از هلیوم ندارند
اما در اکثر ستاره های پرجرم
همجوشی اتم های سنگین تر را
به آهن تبدیل میکند
آهن عنصری پرجرم است پروتونهای زیادی در آن وجود دارد
بطوری که وقتی آهن را همجوشی می کنید
دیگر هیچ انرژی برای برگشت ندارید
آهن یک بن بست برای ستارگان است
همجوشی اتمهای بزرگتر از آهن
انرژی کافی برای پایدار نگه داشتن ستاره را ندارد
و بدون انرژی کافی در اثر همجوشی
و پایدار نگه داشتن ستاره
دیگر چیزی برای مبارزه با گرانش وجود ندارد
و گرانش برنده میشود
و بنابراین کل ستاره درون خود فرو میریزد
با سرعتی زیاد تریلیون ها تن مواد فرو می ریزند
به هسته متراکم برخورد کرده
در لایه های بیرونی ستاره بصورت انفجارهای گسترده منفجر میشوند:
یک ابرنواختر
هرچه جرم بیشتر باشد گرانش بیشتری وجود خواهد داشت
بنابراین اگر هسته باقی مانده به اندازه کافی بزرگ باشد
گرانش غیر قابل توقف می شود
هیچ نیروی شناخته شده ای
برای جلوگیری از فروریختن به یک نقطه بینهایت کوچک وجود ندارد
جاذبه هسته ستاره را
به قطعات کوچک تر و کوچک تر خرد می کند
تا موقعی که تمام جرمش بطور کامل
به یک نقطه ی بی نهایت کوچک فشرده شود
یک سیاهچاله
این تئوری با منطق جور درمی آید
اما بیشتر فیزیکدانان نسبت به سیاه چاله ها شک دارند
انیشتین و ادینگتون
وخیلی دیگر از اخترفیزیک های برجسته در ۱۹۳۰ تا ۱۹۵۰
باور نکردند که این اجرام واقعاً واقعی هستند
این یک راه حل باقی ماند یک معمای ریاضی
برای مدت زمانی طولانی
بنابراین مدت زمان زیادی برای مردم طول کشید
تا حتی شروع به جستجوی آنها کنند
تا دهه ۶۰
ایده ابرنواختر برای ایجاد سیاه چاله
جدی گرفته نمیشد
جان ویلر فیزیکدان دانشگاه پرینستون
که در ابتدا شکاک بود
شروع به استفاده از نامی
برای این اشیاء نامرئی کرد:
سیاه چاله
اصطلاح "سیاه چاله" در حقیقت از هند سرچشمه گرفته است
سیاه چاله نام یک
زندان بدنام در کلکته بود
با این حال هنوز هیچ کس هیچ علامتی از سیاه چاله را کشف نکرده است
تا اینکه در سال ۱۹۶۷ دانش آموخته فارغ التحصیل جوزلین بل
یک ستاره مرده عجیب و بسیار ریز را کشف کرد
که نور بسیار کمی داشت--
یک ستاره نوترونی
اجزای باقی مانده ی سردی از یک ستاره فروریخته شده درون خود
ستاره نوترونی به اخترشناسان اطمینان بیشتری می دهد
که سیاه چاله ها - ستاره های مرده بسیار سنگین تر -
ممکن است وجود داشته باشند
نیم قرن پس از آنکه کارل شوارتزیلد
بطور ریاضی نشان داد که سیاه چاله ها
از نظر تئوری امکان پذیر هستند
دانشمندان یک فرایند طبیعی را شناسایی کردند
که ممکن است آنها را ایجاد کند: مرگ ستارگان بزرگ
بنابراین انفجار
ابرنواخترهای غول پیکر ستاره های پرجرم
باعث تشکیل سیاه چاله ها می شود
هر ستاره ای که با جرمی متولد شود
که تقریباً ده برابر جرم خورشید یا بالاتر باشد
در نهایت تبدیل به یک سیاه چاله میشود
بنابراین کهکشان ما مملو از سیاهچاله های کوچک است
که جسد چندین نسل از ستاره هایی هستند
که آمده و رفته اند
اجساد نامرئی این ستاره ها چگونه هستند؟
تصور کنید که من
با استفاده از فناوری پیشرفته ای برای سفر بین ستاره ای
در حال کاوش کردن فضا هستم تا بتوانم از یک سیاه چاله دیدن کنم
-- شاید در همسایگی کهکشانمان
این سیاه چاله بخصوص آنقدر بزرگ نیست
شاید تنها در حدود ده جرم خورشیدی
-- یعنی ده برابر جرم خورشید است
و مانند همه سیاه چاله ها دارای یک افق رویداد است
-- لبه مشخصی از تاریکی
این همان مرزی است که کارل شوارتزیلد در ابتدا کشف کرد
جایی که گرانش آنقدر قوی است که هیچ چیز نمی تواند از آن فرار کند
- حتی نور
و این همان جایی است که میخواهیم برویم
♪ ♪
هرچه نزدیک تر می شویم اتفاقات بسیار عجیبی رخ میدهد
به لبه های سیاه چاله نگاه کنید --
ببینید که چگونه ستارگان دوردست
از شکل می افتند و در یک دایره فرو میروند
این یک لنز گرانشی است
گرانش شدید سیاه چاله
مسیر عبور نور را خمیده می کند
به طوری که یک نقطه از نور مانند یک ستاره
مثل حلقه ای در اطراف افق رویداد ظاهر می شود
♪ ♪
من هم اکنون به شدت در نیروی جاذبه سیاه چاله غرق هستم
و حالا قصد دارم اثراتش را تجربه کنم
گرانش شدید در واقع
زمان نسبیتی زمین را کند میکند
از دید آنها
به نظر می رسد که سرعت من کند می شود
اما از دید من زمان روی زمین سرعت می یابد
حال می خواهم با یک پیاده روی فضایی
به آن نزدیکتر شویم
♪ ♪
کند شدن زمان توسط سیاه چاله
هم اکنون قرار است بیشتر نمایان شود
برای دنبال کردن تغییراتی که من در حال تجربه آن هستم
این چراغ بارق را روشن می کنم
این چراغ یک بار در ثانیه چشمک می زند
از اینجا می توانم سایه افق رویداد را ببینم
و نور من به طور عادی چشمک میزند
اما با تماشا از درون سفینه
هرچه من به سمت سیاه چاله نزدیک تر می شوم
حرکت من کندتر به نظر میرسد
پالس ها تقریباً بینهایت فاصله دارند
بنابراین به نظر می رسد که من در زمان ثابت ایستاده ام
برای من همه چیز کاملاً طبیعی است
حتی وقتی به افق رویداد می رسم
اگر به اندازه کافی صبر کرده باشید
- شاید میلیون ها یا میلیارد ها سال -
من نهایتا ناپدید می شوم
و این آخرین چیزی است که از من می بینید
چه چیز داخل سیاهچاله است؟
این همچنان یک راز است
و حتی اگر فهمیدم هرگز نمی توانم برگردم و به شما بگویم
اما می توانم این را بگویم: سیاه چاله ها ممکن است از بیرون تاریک باشند
اما در داخل می توانند روشن باشند
می توانم نور کهکشان را
که در پشت سر من قرار دارد تماشا کنم
و این آخرین چیزی است که میبینم
متأسفانه سرگرمی به پایان رسیده است
♪ ♪
اکنون که از افق رویداد عبور کردم
به سمت مرکز سقوط میکنم
جایی که کل جرم سیاهچاله در آن متمرکز است
و من شروع به کش آمدن می کنم
هنگام سقوط کشش گرانشی در پاهایم
از سرم قوی تر است
و بدنم شروع به کش آمدن می کند
من همچو یک نودل بلند و نازک کشیده خواهم شد
- اسپاگتی شده
و در نهایت
من به طور کامل در ذرات بنیادی خود
که به یک نقطه بی نهایت کوچک تبدیل می شوند فرو میروم
تکینگی جایی که همه چیزهایی که درباره فضا و زمان می دانیم
تجزیه می شود
یا شاید سیاه چاله--
کمتر از ۴۰ مایل در خارج --
به اندازه یک جهان بزرگ در داخلش است
و وقتی از آنجا عبور می کنم
ذرات من به ذرات جدید دیگری
می پیوندند
این همان چیزی است که تئوری به ما می گوید که تجربه میکنیم
اگر بتوانیم به سیاه چاله سفر کنیم
♪ ♪
اما چگونه می توانیم به طور قطع بدانیم؟
چطور میتوانید چیزی را بررسی کنید که حتی نمی توانید ببینید؟
روشهایی وجود دارد که
بتوان چیزی را که در جایی اتفاق می افتد بررسی کرد
حتی اگر مستقیماً آن را نتوان دید
استادیوم یانکی را در نظر بگیرید:
چه اتفاقی در آنجا می افتد؟
آیا بازی ای در حال برگزار شدن است؟
نمیتوانم زمین را ببینم
من نمیتوانم هیچ بازیکن بیس بال یا توپی را ببینم
اما بطور قطع می توانم بگویم
فعالیتی در اطراف پارک وجود دارد یا خیر
کاملا واضح است که چیزی در جریان است
♪ ♪
شاید واضح به نظر برسد اما هرچه که باشد
من فقط با مشاهده وقایع اطراف استادیوم
می توانم چیزهای زیادی بفهمم
و انها خیلی شبیه طرفداران بیس بال هستند
♪ ♪
و این روشی است که ما سیاهچاله ها را بررسی می کنیم:
با مشاهده تأثیر آنها بر محیط اطراف خود
اما چه نوع اثراتی دارد؟
چطور ممکن است سیاه چاله خود را نشان دهد؟
درست قبل از جنگ جهانی دوم
دو کشف مهم
در حال تغییردادن کامل علم نجوم است
در سال ۱۹۳۱ مهندس آزمایشگاه های بل کارل جانسکی
امواج رادیویی مرموزی را در عمق فضای انتخاب می کند
سپس آسمان حتی عجیب تر می شود --
هنگامی که دانشمندان شمارنده های گیگر را
بر روی موشک های آلمانی ضبط شده نصب میکنند
و کشف میکنند که کیهان پر از اشعه ایکس میباشد
این اکتشافات به منجمان ابزارهای مهم جدیدی را میدهد
که انقلابی در شکار سیاه چاله ها ایجاد می کنند
و چشم انداز ما را بطور چشمگیری گسترش می دهد
آنچه چشم ما می تواند درک کند
بخش بسیار باریکی از طیف الکترومغناطیسی است
اگر طیف الکترومغناطیسی را
در امتداد پل بروکلین ببریم
بخشی که با چشمان ما می توانیم ببینیم
فقط چند فوت عرض دارد
تابش الکترومغناطیسی
شامل امواج با فرکانسهای مختلف است:
امواج رادیویی مایکروویوها نور مادون قرمز و ماوراء بنفش
اشعه ایکس و اشعه گاما
اشعه رادیویی و اشعه ایکس آسمان را شفاف می کنند
اشیاء کم نور و حتی نامرئی ای را آشکار میکند
که دارای انرژی قدرتمندی است و هیچ کس این را نمی دانست
آنها متوجه شدند كه
این چیز كاملاً پنهانی كه در آنجا می بینیم
تمام آن چیزهای بی سر و صدا كه به نظر می رسد هیچ چیز در آن اتفاق نمی افتد
و تنها چیز در حال حركت سیارات هستند نیست
آنها دریافتند كه غوغای عظیمی در آن بیرون وجود دارد
آنجا هرج و مرج بود!
اشعه ایکس از انتهای طیف پر انرژی حاصل می شود
چه چیزی باعث ایجاد این انرژی می شود؟
یک چیز بسیار قطعی است: منبع آن هرچه باشد
برای تلسکوپ های معمولی نامرئی
و بسیار داغ است
اشعه ایکس از آن دسته چیزهایی است که
در دمای میلیون ها درجه سانتیگراد قرار دارد
یکی از اولین منابع اشعه ایکس
که توجه منجمان را جلب کرد
سیگنوس ایکس-۱ نامگذاری شده است
سیگنوس در صورت فلکی ماکیان بود
ایکس منبع اشعه ی ایکس بود
این ستاره اولین منبعی بود که پیدا شد
در سال ۱۹۷۰ پل ماردین ستاره شناس جوان انگلیسی بود
که در تلاش بود تا شغل بعدی خود را تأمین کند
من همکار تحقیقاتی بودم
و به پایان قرارداد سه ساله ام می رسیدم
با خود فکر می کردم "چه کاری از دستم
برای کشف کردن این چیزها برمی آید؟"
♪ ♪
موردین در یک قلعه قرن پانزدهمی
احاطه شده توسط تلسکوپ ها کار میکرد
-- رصدخانه رویال--
وی با استفاده از بزرگترین تلسکوپ موجود در انگلیس
جستجوی منطقه صورت فلکی ماکیان
را آغاز می کند
او تصمیم می گیرد به دنبال چندی از ستاره ها باشد
ستاره هایی که به آن ها ستاره دوتایی گفته می شود
آنها به نظر عجیب می رسند اما اصلاً نادر نیستند
بسیاری از ستاره هایی که ما می بینیم - شاید نیمی از آنها -
ستاره های دوتایی هستند
ستاره های دوتایی توسط نیروی گرانش بهم قفل شده اند
اما ماردین در این فکر است که آیا ممکن است
ستاره دوتایی ای وجود داشته باشد ولی فقط یکی از ستاره ها قابل مشاهده باشد؟
با خود فکر کردم شاید یک نوع سیستم ستاره ای وجود داشته باشد
که در آن یک ستاره باعث ایجاد نور می شود
و ستاره ای دیگر در آن نزدیکی اشعه ایکس تولید میکند
یکی از علائم ستاره دوتایی این است
که ستاره ها به دور یکدیگر حرکت می کنند
بنابراین ماردین شروع به جستجوی ستاره ای مرئی می کند
که علائمی از حرکت را از خود نشان می دهد
گاهی اوقات به سمت شما می آید گاهی اوقات دور میشود
هنگامی که ستاره به سمت ما در حال حرکت است بیشتربه رنگ آبی ظاهر می شود
زیرا طول موج نورش کوتاه تر می شود
اما در هنگام دور شدن به رنگ قرمز درمی آید
زیرا طول موج نورش بیشتر شود
این قضیه به اثر داپلر معروف است
پس از مطالعه بر روی تغییر رنگ
در صدها ستاره در منطقه صورت فلکی ماکیان
ماردین یک مظنون احتمالی را کشف میکند
- ستاره ای قابل مشاهده که نورش به هنگام حرکت
در حال تغییر است
بسیار واضح بود که آن یک ستاره دوتایی بود
ستاره با یک دوره تناوب در هر ۵ الی ۶ روز یک بار
در اطراف حرکت می کرد
اما هرچه در اطرافش اتفاق می افتاد قابل دیدن نبود
اثری در طیف ستاره دوم مشاهده نشد
فقط یک ستاره آنجا بود
ستاره ی دومی در کار نبود
ماردین یک ستاره ی دوتایی داشت که در آن فقط یک ستاره قابل مشاهده بود
جسم دوم اشعه از خود اشعه ایکس ساطع می کند
از جرم و جاذبه کافی برای حرکت چشمگیر یک ستاره برخوردار است
اما هیچ نوری از خود نشان نمی دهد
آیا می تواند جسد یک ستاره پرجرم عظیم باشد
که به یک سیاه چاله تبدیل شده است؟
مسئله مهم در تصمیم گیری در مورد اینکه
آیا سیگنوس ایکس-۱ یک سیاه چاله بود یا خیر
اندازه گیری جرم شیء ساطع کننده اشعه ایکس بود
آن شئ حداقل سه برابر خورشید ما
باید پرجرم تر باشد
اگر اینطور نباشد احتمالاً فقط یک ستاره نوترونی است
یک ستاره فرو ریخته و متراکم
اما نه به اندازه کافی سنگین برای تبدیل شدن به سیاهچاله
بنابراین ناظران باید نتیجه میگرفتند که
این شیء تاریک
که در سیگنوس ایکس-۱ از خود اشعه ایکس ساطع میکند
از نظر جرمی بطور قابل ملاحظه ای
حداقل باید سه برابر جرم خورشیدی سنگین ترباشد
ماردین از طریق مشاهدات خود
قادر به تخمین جرم آن همکار نامرئی شد
و به این نتیجه رسید كه آن شئ شش برابر جرم خورشید میباشد
بنابراین داستانی وجود داشت که میگفت
سیگنوس ایکس-۱ یک سیاه چاله است
و نکته اصلی این داستان این بود که
جرم ستاره ای که نمی توانستند آن را ببینند
بیشتر از سه برابر جرم خورشیدی بود
وقتی کار نوشتنم را تمام کردم با خود فکر کردم
"این یک سیاه چاله است"
♪ ♪
این اولین تشخیص یک سیاهچاله خواهد بود
این یک ادعای بزرگ است و ماردین با شروع کردن از رئیس خود
باید شک و شبهه ها را برطرف کند
ستاره شناس سلطنتی ریچارد وولی
از این ایده ی سیاه چاله ها خوشش نیامد
"این ها همه تخیلی بیش نیست"
بسیاری از مردم کالیفرنیا در مورد این صحبت می کردند
مردمان بامزه ی زیادی در کالیفرنیا وجود دارند
می دانی افراد هیپی زیاد
افرادی مانند نظریه پرداز: کیپ تورن
بنابراین من از این موضوع مضطرب بودم
من از عظمت و مقیاس این کشف مضطرب بودم
و در واقع افرادی که در اطراف من بودند هم به همان اندازه مضطرب بودند
من با یک دانشمند همکار دیگر لوئیز وبستر کار می کردم
و ما نسبت به ادعایی که می کردیم متواضع بودیم
زیرا می‌دانستیم مردم در مورد آن چه فکری می‌کنند
و اگر به مقاله ای که منتشر کردیم نگاه کنید
کلمه "سیاه چاله" را فقط یکبار درست در انتهای آن ذکر کردیم
"ما حدس میزنیم که این شئ ممکن است یک سیاه چاله باشد"
مقاله موریدن-وبستر در سپتامبر ۱۹۷۱ منتشر شد
اخترشناسان دیگر موافق هستند این می تواند یک سیاه چاله باشد
ولی هیچکس مطمئن نیست
سه سال بعد
کیپ تورن و فیزیکدان مشهور بریتانیایی استیون هاوکینگ
بر سر ماکیان ایکس ۱ یک شرط بندی معروف می کنند
شرط بندی کردیم که آیا ماکیان ایکس ۱
واقعاً یک سیاه چاله است یا خیر
شرط بندی تا حدی شوخی است
هر دو آنها امیدوارند که این شئ واقعا یک سیاهچاله باشد
اما هاوکینگ که دلش نمی خواست آن شرط بندی را ببازد بر خلاف خواسته خودش شرط بندی می کند
هاوکینگ ادعا می کند که ماکیان ایکس ۱ یک سیاه چاله نیست
و من ادعا می کنم این یک سیاه چاله است
و بنابراین ما آن شرط بندی را در دسامبر ۱۹۷۴ امضا کردیم
و به تدریج این قضیه که ستاره واقعاً سیاهچاله است
قوی تر و قوی تر و قوی تر شد
بنابراین در ژوئن سال ۱۹۹۰ هاوکینگ وارد دفتر من شد
و شرط را در غیاب من
واگذار کرد
تا اینکه من از روسیه برگشتم و فهمیدم که وی شرط را باخته است
اکنون در سال ۱۹۹۰ شواهد جرم ماکیان ایکس ۱
به اندازه کافی قوی هست تا شرط بندی بین دو دوست را تعیین کند
اما تخمین اصلی به اندازه کافی دقیق نیست که بتوان آن را قطعی دانست
برای محاسبه جرم
پل ماردین مجبور بود
به تخمین های ناهموار فاصله ماکیان ایکس ۱
که تا ۱۰ فاکتور متغییر بود اعتماد کند
و این سؤال برای ۲۰ سال دیگر پاسخ داده نشد
تا اینکه اخترشناس مارک رید با این معما روبرو شد
رید یک اخترشناس
در مرکز نجوم هاروارد-اسمیتسونیان است
او تصمیم گرفت که
با اندازه‌گیری جرم دقیق ماکیان ایکس ۱
به طور قطع ثابت کند که آن یک سیاهچاله است
اما چگونه می توان جرم یک شئ نامرئی را اندازه گیری کرد؟
با استفاده از قوانینی
كه توسط ستاره شناس آلمانی یوهانس كپلر
در دهه ۱۶۰۰ کشف شد
می توان جرم یك جسم آسمانی را محاسبه كرد
-- البته تنها درصورتی كه فاصله آن را بدانید
فاصله در نجوم کاملاً بنیادی است
اگر فاصله را ندانید نمی دانید که آن شیء چیست
آن شئ می تواند یک چیز شبیه کرم شب تاب باشد
یا می تواند یک ستاره بسیار دور
و بسیار بزرگتر از خورشید باشد
بنابراین برای بدست آوردن جرم واقعی و دقیق ماکیان ایکس یک
- و تأیید این قضیه که یک سیاه چاله است --
رید باید بداند که فاصله آن چقدر است
اما چگونه او می تواند فاصله تا یک ستاره را اندازه بگیرد؟
این راز در یک پدیده آشنا نهفته است: اختلاف منظر
این همان چیزی است که چشم و مغز ما از آن برای دیدن در سه بعد استفاده می کند
می توانید انگشت خود را رو به جلو بگیرید
به آن نگاه کنید و یک چشم را ببندید
من چشم چپم را میبندم
و به انگشتم نسبت به
دیوار موجود در پس زمینه نگاه میکنم
و اکنون اگر چشم خود را باز کنم و چشم راست خود را ببندم
می بینم که انگشت من با توجه به موقعیت اصلی
حرکت کرده است
و این به دلیل آن است که چشمان ما از هم فاصله دارد
و ما از نقطه نظرهای مختلف نگاه میکنیم
برای استفاده از اختلاف منظر
برای اندازه گیری فاصله یک شی در آسمان
اخترشناسان از حرکت زمین
که دو نقطه متفاوت را ایجاد میکند استفاده میکنند
تصور کنید ستارۀ ماکیان ایکس ۱ درست در اینجا است
و زمین و خورشید در آنجا قرار دارند
میدانیم که زمین سالی یک بار به دور خورشید میچرخد
در بهار زمین از یک طرف خورشید سر در می آورد
و ما ماکیان ایکس ۱ را در امتداد یک مسیر پرتویی مانند این مشاهده می کنیم
سپس شش ماه بعد زمین
سر از آن طرف خورشید در می آورد
حالا ما از ماکیان ایکس ۱ دو منظر متفاوت داریم
اکنون یک مثلث داریم
که اضلاعش بین زمین
و دو منظر از ماکیان ایکس ۱ است
میدانیم که پایه ی مثلث
قطر مدار زمین است
و اصول هندسه به ما می گوید
که تنها چیزی که برای محاسبه فاصله نیاز داریم
اندازه زاویه راس است
و ما این زاویه بسیار کوچک را در اینجا
در نقطه ای از ماکیان ایکس ۱ اندازه‌گیری می کنیم
و سپس از هندسه مستقیم
می‌توان فاصله تا ماکیان ایکس ۱ را محاسبه کرد
و از آن نیز یک جرم بسیار دقیق را استنباط کرد
مفهوم ساده است
اما سیگنوس ایکس-۱ آنقدر دور است
که زاویه اندازه گیری آن کوچک است
-- کسری کوچک از یک درجه
این حتی کوچکتر از آن زاویه ای است
که بخواهیم بینی آبراهام لینکلن روی یک سکه در سان فرانسیسکو را
از نیویورک مشاهده کنیم
از آنجا که این زاویه بسیار کوچک است
با هیچ تلسکوپی قابل اندازه گیری نیست
اما تیم رید راه حلی دارد
ما از ده تلسکوپ رادیویی
که در سراسر ایالات متحده قاره آمریکا و هاوایی و سنت کروکس در جزایر ویرجین
وجود دارد استفاده میکنیم
ما از این تلسکوپ ها به طور همزمان استفاده می کنیم
و در رایانه
یک تلسکوپ را که قطری اندازه زمین دارد شبیه سازی می کنیم
این کار وضوح زاویه‌ای باورنکردنی‌ای به شما می دهد
با استفاده از این تکنیک تیم رید تعیین می کند
که ماکیان ایکس یک شش هزار سال نوری فاصله دارد
با فاصله جدید -- فاصله ۶۰۰۰ سال نوری که داریم--
می توانیم تعیین كنیم كه جرم آن
در حدود ۱۵ برابر جرم خورشیدی است
كه نزدیک به جرم یک یك سیاه چاله است
۴۰ سال پس از آنکه این احتمال شناسایی شد
ماکیان ایکس ۱ اکنون به عنوان
اولین سیاه چاله تایید شده پذیرفته شده است
این یک مقاله شناخته شده است
و این واقعیت که نام من
و لوئیز وبسترروی آن قرار داشت
در حرفه های ما بسیار تاثیرگذار بود
فکر می کنم در نتیجه این کشف
به من یک کار دائمی پیشنهاد شد
و این یک افتخار بزرگ برای خانواده بود
برای همین برای من خیلی خوب شد --
همچنین رضایت خاطر فکری
در حل یک مسئله
بالاخره پس از سالها گمانه زنی
ما یک سیاه چاله واقعی داریم
نه تنها این بلکه سیاهچاله‌ای که پرتو ایکس از خود ساطع کرده
و یک ستاره همراه خود دارد
اگر می توانستیم با سفینه فضایی خیالی از او بازدید کنیم
چه میدیدیم؟
فاصله تا سیگنوس ایکس-۱
در ۶۰۰۰ سال نوری از زمین تعیین شده است
و جرم آن ۱۵ جرم خورشیدی یا ۱۵ برابر جرم خورشید است
و ماکیان ایکس ۱ توسط یک دیسک جمع شده احاطه شده است
یک دیسک ابرمانند متشکل از گاز و غبار در خارج از افق رویداد خود
که در آنجا نقطه بازگشتی نیست
وقتی که گرانش ماده را به سمت سیاهچاله می کشد
ابر شروع به چرخش می کند
درست مانند آب در حال تخلیه
در داخل آن دیسک فشرده
ذرات نزدیک با سرعتی برابر نصف سرعت نور
به دور سیاه چاله میچرخند
مانند این است که ذرات عظیم در فضا شتاب میگیرند
اما چرا اشعه ایکس ساطع می کند؟
همانطور که ذرات در اطراف می چرخند با هم برخورد می کنند
بطوری که دمایشان تا میلیون‌ها درجه بالاتر می‌رود
ذرات با گرم تر شدن پرتو ایکس از خود ساطع میکنند
و این همان پرتوهای ایکسی است که نزدیک به پنج دهه قبل
در ابتدا اخترشناس پائول ماردین را به تحقیق در مورد این سیاهچاله سوق داد
و چیز دیگری در مورد ماکیان وجود دارد که متفاوت است:
او یک ستاره همراه دارد
این ستاره غول پیکر آبی رنگ
هر ۵ ۶ روز یک بار به دور سیاه چاله می چرخد
او آنقدرنزدیک به ماکیان ایکس ۱ می چرخد
که سیاه چاله مواد را از ستاره دور می کند
و آن را به سمت دیسک فشرده میکشد
برخی از این مواد از افق رویداد عبور کرده
و بلعیده می شوند اما نه همه ی آنها
برخی از اجرام در واقع قبل از ورود به سیاه چاله
به بیرون برمی گردند
درست مانند کودکی که غذا می خورد:
نیمی از ماکارونی روی زمین ریخته می شود
نیمی از آن ممکن است بر روی سقف باشد
و بعضی از آن در دهان
یکی از برجسته‌ترین و مبهم‌ترین ویژگی‌های ماکیان ایکس یک
فواره های عظیم آن است
این پرتوهای ذرات و تشعشع
به بیرون از قطب های شمالی و جنوبی ماکیان
عمود بر دیسک فشرده ساطع میشوند
هنوز چیزهای زیادی در مورد این فواره‌ها وجود دارد که ما نمیدانیم
اما آنها کاملاً متمرکز و بسیار قدرتمند هستند
تقریباً با سرعت نور ساطع می شوند
و فراتر از ماکیان می روند
هنگامی که گاز به این درجه حرارت های بالا می رسد
و نور تولید می کند
یک میدان مغناطیسی نیز
در اطراف آنها تشکیل میشود
و ما دقیقا نمی فهمیم چطور
اما این میدان های مغناطیسی
به تعادل برقرار کردن در این جریان ها و لوله های عظیم سیاهچاله ها
که از خود مواد را با فشار خارج میکنند کمک میکند
بنابراین این ماکیان ایکس ۱ است اگر می توانستیم آن را از نزدیک ببینیم
یک سیاهچاله در حال تغذیه و رشد
که فواره های بزرگش ذرات را به جهان بیرون فوران میکند
آنها تقریباً شبیه
این شیاطین آتشین دم هستند
آنها دارای انفجار هستند و سوسو میزنند;
همچون آتشی بسیار خشن و بسیار فعال است
چیزی که زمانی یک کنجکاوی عجیب ریاضی بود
اکنون کاملاً به واقعیت تبدیل شده است
بعد از چندین دهه شک و تردید
دانشمندان اکنون می پذیرند كه اجساد سوخته ستاره‌های بزرگ
می توانند نور را درون خودشان
به دام بیندازند
فضا و زمان را در اطراف خود خمیده کرده
ماده را به سمت خود بکشانند و به آن شتابی سرسام دهنده بدهند
ایده ی سیاه چاله ها به قدری عجیب بود
که باورش سخت بود
اما کم کم شواهد سیاه چاله ها
قوی تر و قوی تر شده است
و ما این چیزهای شگفت انگیز را دیده ایم
حداقل ۲۰ سیاه چاله در کهکشان ما پیدا شده است
دوتایی پرتو ایکس مانند ماکیان ایکس یک
و احتمالاً بیشتر از
میلیونها جسد ستاره های بزرگ دیگر
تنها در کهکشان ما وجود دارد
گرچه هنوز سورپرایز خیره‌کننده دیگری در انتظار است
همه‌ی چیزی که اخترشناسان فکر می کنند درباره سیاهچاله ها می دانند --
و بسیاری از آنچه آنها درباره خود جهان باور دارند --
با کشف تکان دهنده ای راست آزمایی میشود
افشاگری ها هنگامی آغاز می شود که با بررسی تلسکوپ رادیویی
در آسمان نقاطی مرموز را تشخیص میدهند که انرژی رادیویی از خود ساطع میکند
آنها ازجایی می آمدند که به نظر شبیه ستاره می رسید
از آنجا که این اشیاء شبیه ستاره ها بودند
اما از طریق سیگنال های رادیویی کشف شدند
اخترشناسان آنها را
منابع رادیویی اختروش نامیدند
اما آیا آنها ستاره هستند یا نه؟
اولین قدم من باب جستجوی آنها این است
که بفهمیم از چه چیزی ساخته شده اند
برای انجام این کار اخترشناسان انرژی الکترومغناطیسی
که از خود ساطع می کند را تحلیل می کنند
هر عنصر اثر طیفی منحصر به فردی دارد
برای مثال کربن
هلیوم
هیدروژن
این خطوط ترکیب شیمیایی یک ستاره را نشان می دهد
اما اثر طیفی یک کوازار
به نظر غیرقابل درک می آمد
آنها به اثر طیفی نگاه كردند و به نظر نامفهوم بود
چیزهای منتشر شده شبیه به هیچ یک عناصری که میدانیم
به نظر نمی آمد
چه چیزی از دستمان در رفته؟
باید جایی سرنخی وجود داشته باشد
سرانجام در سال ۱۹۶۳ ستاره شناس كالتك مارتن اشمیت
آن را پیدا کرد
اثر طیفی هیدروژن در طیف اختروش دفن شده است
او متوجه چیز آشنایی اما در جای اشتباهی شد
اثر طیفی هیدروژن به سمت قرمز منتقل شده بود
تشخیصش سخت بود زیرا خطوط طیفی هیدروژن
بطور چشمگیری به سمت انتهای فرکانس پایین تر طیف
منتقل شده بودند
و این فقط می تواند به معنای یک چیز باشد
اختروش با سرعت خارق‌العاده‌ای از ما دور می شود
اما اخترشناسان قبلاً هرگز ندیده بودند که نور
به این صورت چشمگیر منتقل شده باشد
مانند یک صدا که به قدری منتقل میشود که دیگر قابل فهم نیست
نور حاصل از اختروش‌ها به حدی انتقال یافته است
که هیدروژن قابل تشخیص نیست
این مقدار شدید تغییر
به معنی است که اختروش‌ها با سرعتی خیره کننده از ما دور می‌شوند
دلیلش چیست؟
این میراث رویدادی است
که تقریباً چهارده میلیارد سال پیش رخ داده است بیگ بنگ
آغاز جهان ما
و از آن زمان جهان در حال انبساط است
و تمام اشیاء موجود در آن از جمله کوازار را نیز با خود حمل می کند
هیچکس تا به حال چیزی که با این سرعت بالا در حال دور شدن باشد را ندیده بود
این باعث شد که این شیء دورترین چیزی باشد
که تاکنون دیده شده است
و این بدان معناست که خود آن چیز میبایست بسیار درخشان باشد
با وجود دو میلیارد سال نوری فاصله با ما انرژی ای برابر با
انرژی یک تریلیون خورشید در هر ثانیه به وجود می آورد
چه چیزی ممکن است آن را ساخته باشد؟
هیچکس تصوری نداشت که چه چیزی می تواند به این اشیاء نیرو بدهد
این انرژی از کجا می تواند حاصل شده باشد؟
اگر از طریق محاسبات بر روی آن کار کنید
می‌بینید که این نمی تواند انرژی شیمیایی باشد
آنها می دانستند که این نمی‌تواند انرژی هسته‌ای باشد
به هیچ وجه اختروش نمی تواند یک ستاره باشد
هیچ مقدار همجوشی هسته ای
نمی تواند آنقدر قدرت در یک ستاره ایجاد کند
تنها موتوری که احتمالاً می تواند
این انرژی زیادی را تولید کند گرانش است
گرانش
در زندگی روزمره ما می توانیم به راحتی بر گرانش غلبه کنیم
اما هنگامی که گرانش توسط یک سیاهچاله تا حد زیادی متمرکز شده است
بسیار قدرتمند است
تعداد معدودی از دانشمندان با خود درنظر میگیرند:
آیا ممکن است که اختروش‌ها از موتورهای گرانشی تغذیه شوند؟
آیا ممکن است انرژی فوران شده از کوازارها
از دیسک‌های فشرده روشن در اطراف سیاهچاله‌ها حاصل شود؟
برای تولید این انرژی
این نوع روشنایی
باید پای سیاهچاله‌ای در میان باشد
اما نه فقط هر سیاه چاله ای
هرچه که منشأ انتشار یک اختروش بوده است
میبایست بسیار عظیم باشد
چقدر عظیم؟
خب میلیون‌ها یا میلیاردها بار سنگین‌تر از خورشید
میلیون‌ها یا میلیاردها بار سنگین‌تر از خورشید
ماکیان ایکس یک تنها ۱۵ برابر جرم خورشید است
سیاه چاله هایی که کوازارها را تقویت میکنند
یک دسته کاملاً متفاوت از سیاه چاله هستند:
سیاه‌چاله های کلان‌جرم
و به نظر می رسد آنها در مرکز کهکشان ها قرار گرفته‌اند
اما در مورد کهکشان خودمان چطور؟
آیا سیاهچاله‌های کلان جرم نزدیک به ما وجود دارد؟
این مرکز که در آن هر سیاهچاله کلان جرمی پیدا می شود
در جهت صورت فلکی کمان
قرار دارد
اکنون کمان فقط یک صورت فلکی نیست
بلکه یک جهت دهی به سمت
مرکز کهکشان راه شیری خودمان است
اما از آنجا که ما در درون کهکشان راه شیری زندگی می کنیم
ما نمی توانیم کهکشانمان همانند یک مسافر فضایی ببینیم
اما می توانم از ماشین فضایی خیالی مورد اعتماد خود استفاده کنم
تا کهکشان را از بیرون آن ببینم
خانه ما یک کهکشان مارپیچ است متشکل از صدها میلیارد ستاره
که در یک دیسک غول پیکر جمع شده اند
پهنای آن در حدود ۱۰۰ هزار سال نوری است
اما نسبتاً نازک است
و ضخامت آن فقط در حدود هزار سال نوری است
و کل مارپیچ به آرامی می چرخد
منظومه شمسی ما اینجاست
و اینجا ۲۶ هزار سال نوری آنور تر از زمین
مرکز آن است که آن را در جهت صورت فلکی کمان میتوانیم ببینیم
در این مرکز متراکم میلیون‌ها ستاره وجود دارد
و مقدار زیادی گرد و غبار و گاز
بنابراین این نمای کهکشان ما از بیرون است
با تشکر از تکنولوژی خیالی من
اما از آنجا که ما در درون کهکشان راه شیری زندگی می کنیم
وقتی به سمت مرکز نگاه می کنیم
دنباله روی ادامه کهکشان خود هستیم
بدین معنی که بصورت یک گروه
از ستاره و گرد و غبار در سراسر آسمان به نظر می رسد - راه شیری
در اعماق این گروه از ستارگان و گرد و غبار
آیا یک سیاه چاله کلان جرم در کمین است؟
داده هایی که اکنون می گیریم
در ۱۹۹۰ منجمان تصمیم گرفتند تا این رمز و راز را حل کنند
تا از طریق راه شیری تیره به دقت نگاه کنند
و بفهمند که چه در مرکز آن قرار دارد
یکی از آنها آندره گز است
یک از ۲۰
گز یک چالش هولناک را پشت سر می گذارد
او سعی کرد ستاره های تکی را
که در مرکز کهکشان میچرخند دنبال کند
ماهیت این آزمایش از تماشای ستاره هایی
که در مرکز کهکشان میچرخند به وجود آمده است
بنابراین می بایست ستارگانی را پیدا کنید
که تا حد ممکن به مرکز کهکشان نزدیک باشند
این بدان معنی است که من باید به بزرگترین تلسکوپی که میتوانم
در دست داشته باشم دسترسی پیدا کنم
و این یعنی آمدن به اینجا
قله ماونا کای یک آتشفشان خفته است
که تقریباً ۱۴ هزار فوت بالاتر از سواحل هاوایی است
ارتفاع زیاد و رطوبت کم این مکان را
به مکانی ایده آل برای رصد تبدیل می کند
ابزاری که گز از آن استفاده می کند در رصدخانه کک
یکی از بزرگترین رصدخانه ها در جهان است
اما با وجود اندازه کک مشکلی مشابه
با تمام تلسکوپ های روی زمین دارد:
تحریفات جوی
تصور کنید در حال دیدن یک سنگریزه
در انتهای یک رودخانه هستید
رودخانه خیلی سریع در حال حرکت است
و منظره شما از آن سنگریزه تحریف شده است
درست همانند رودخانه
جو زمین به طور مداوم در حال تغییر است
و نور را خمیده میکند
برای جبران این امر كك در استفاده علمی
از یك فناوری نظامی غیرمحرمانه
به نام اپتیك سازگار پیشگام است
اول آنها لیزر را به آسمان می تابانند
و یک ستاره راهنمای مصنوعی ایجاد می کنند
جو متلاطم ستاره راهنما را تحریف می کند
اما کامپیوتر می داند که ستاره باید به چه صورت باشد
و آینه تلسکوپ را منطبق با آن تنظیم می کند
بنابراین اگر خودتان را درآینه سیرک شهربازی نگاه کنید
کاملاً تحریف شده به نظر می رسید
و هدف از سیستم اپتیکی سازگار
معرفی یک آینه دوم است که دقیقاً برعکس است
و باعث می شود مجدداً صاف به نظر برسید
آینه تغییر شکل یافته در تلسکوپ
۲هزار بار در ثانیه تغییر می کند
تا بتواند تحریف جو را
معکوس کند
و به ما این امکان را داده است که صاف‌ترین تصاویر
از مرکز کهکشان را بدست آوریم
وضوح این تصاویر به گز این امکان را می دهد
تا ستاره های تکی را در نزدیکی مرکز پیدا کند
-- پیشرفت بزرگی در نجوم
او شروع به ضبط موقعیت های آنها در سال ۱۹۹۵ کرد
و از آن زمان هر سال
ما یک تصویر گرفته ایم
قرار دادن این عکس های سالیانه کنار هم
یک تایم-لپس از مدارهای ستاره ای ایجاد می کند
و آنچه این فیلم ها فاش می کنند حیرت انگیز است
ستارگان با سرعت فوق العاده زیاد در اطراف
مرکز کهکشان راه شیری در حال دور زدن هستند
این اجرام با سرعت چند هزار
تا ۱۰ هزار کیلومتر در ثانیه یا ده میلیون مایل در ساعت
در حال حرکت هستند
آنها آنها واقعاً در کشیده شدن هستند
برای رسیدن به این سرعت ستاره ها باید
در حال چرخش به دور چیز بسیارعظیمی باشند
جرمی که مدنظر ماست
چهار میلیون برابر جرم خورشید است
چه چیزی می تواند چهار میلیون برابر جرم خورشید باشد
و همچنان کاملاً نامرئی باشد؟
این اثبات سیاه چاله است
و نه فقط هر سیاه چاله ای
کلان جرم ساکت و آرمیده
درست در مرکز کهکشان خودمان
در حقیقت این بهترین شواهدی است که
تا به امروز برای وجود سیاهچاله های کلان جرم
نه تنها در مرکز کهکشان خودمان
بلکه در هر کجای جهان وجود دارد
سیاه چاله ای کلان جرم
چهار میلیون برابر جرم خورشید
درست در مرکز کهکشان راه شیری خودمان
از منظر کیهانی درست همین کنار ما است
و این یک سوال ژرف تر را ایجاد می کند
میلیاردها کهکشان در کیهان وجود دارد
اگر کهکشان ما در مرکز خود یک سیاه چاله کلان جرم داشته باشد
و اگر کوازار ها در مرکز
کهکشان هایشان یافت می شود
پس بقیه آنها چه؟
آیا در مرکز کهکشان ها سیاهچاله وجود دارد؟
اگر وجود دارد چقدر متداول هستند؟
ما نمی دانستیم
آیا اخترشناسان می توانستند امیدوار باشند که بفهمند
چه چیز در مركز كهكشانهای دیگر که میلیون‌ها سال نوری فاصله دارند وجود دارد؟
درست همانطور كه گز برای کهکشان راه شیری ما انجام داد؟
برای این کار احتمالا نیاز به
نوآوری دیگری در نجوم باشد
و بلند شدن شاتل فضایی دیسکاوری
با تلسکوپ فضایی هابل پنجره‌ی ما به روی جهان
هنگامی که تلسکوپ فضایی هابل ارائه تصاویر واضح
از کهکشان های دوردست را آغاز می کند
تیمی از اخترشناسان شروع به کار می کنند
آنها به عنوان "نورکها" شناخته می شوند
زیرا تمرکز آنها هسته های کهکشانی است
مرکز کهکشان ها
یکی از آنها تاد لائور است
در مرحله اول ما با تلسکوپ فضایی هابل
از کهکشان عکس می گیریم
این عکس به ما نشان می دهد که ستاره‌های کهکشان در کجا واقع هستند
این کار ساختار کهکشان را در وضوحی بالا به ما می گوید
نکته مهم در یافتن سیاهچاله‌های کلان جرم این است که بدانید
ستاره های موجود در کهکشان با چه سرعتی حرکت هستند
کهکشانهای دور و بر کهکشان خودمان برای اندازه گیری سرعت
ستارگان تکی اش بسیار دور هستند
اما با آنالیز کردن نحوه تغییر نور از رنگ آبی به قرمز
در نقاط مختلف کهکشان اخترشناسان می توانند
سرعت متوسط ستاره‌هایی را که در مرکز میچرخند
پیدا کنند
این کار به اندازه کافی دقیق است که بتوان یک نسخه از آن را در یک کامپیوتر شبیه‌سازی کنید
مرحله دوم جایی که کار واقعی شروع می شود
این است که سعی کنید مدل‌سازی مشاهدات را انجام دهید
و ما در واقع این کار را با ساختن مدل های کهکشان
در رایانه انجام می دهیم
این روش بعنوان روش شوارتزیلد شناخته شده است
که توسط اخترشناس پرینستون مارتین شوارتزیلد
فرزند کارل شوارتزیلد ساخته شده است
که ریاضیات او در ابتدا احتمال
سیاه چاله ها را توصیف کرده است
ترفند مارتین شوارتزیلد این بود که
در واقع مدلی از کهکشان را ایجاد می کرد
که نه تنها جرم در آن وجود داشت
بلکه نحوه حرکت ستاره ها را نیز در بر داشت
برای هر کهکشان که آنها بر رویش تحقیق می کنند
نوکرها با زحمت فراوان یک مدل رایانه‌ای از آن را می سازند
و سپس با استفاده از آزمایش و خطا
پارامترهای جرم و سرعت را تنظیم می کنند
- آنها سعی در ایجاد مدلی مطابق با
مشاهدات اولیه ای که از هابل گرفته بودند میکنند
و ما می گوییم "بیایید یک ستاره را در اینجا امتحان کنیم"
"بیایید یکی را اینجا امتحان کنیم"
"بیایید این راه را طی کنیم"
"بیایید این مسیر را از آنجا طی کنیم "
و ما هزاران هزار بار این کار را می کنیم
تا زمانی که کتابخانه ای ایجاد کنیم
که نشان میدهد ستاره ها چگونه می توانند در این کهکشان حرکت کنند
موفقیت زمانی است که مشاهدات از این مدل
با مشاهدات گرفته شده با تلسکوپ فضایی هابل مطابقت دارد
اما این اتفاق نمی افتد
مدل ها یک مشکلی دارند
ما آن را دوباره و دوباره و دوباره و دوباره
اینبار بدون سیاه چاله انجام میدهیم
و می گوییم " ما واقعاً نمی توانیم مشاهدات را
توسط مدلسازی تفسیر کنیم"
این مدل تنها هنگامی که یک مرکز عظیم غیر قابل مشاهده
در مرکز کهکشان اضافه می کنیم
با مشاهدات هابل مطابقت میکند
تقریباً همیشه باید یک سیاه چاله را
در مرکز قرار دهیم
ما نمی توانیم مشاهدات را بدون وجود یک سیاهچاله در مدل
مطابقت دهیم
تقریباً از سه ده کهکشان که نوکرها بر روی آن تحقیق می کنند
تقریباً همه آنها به یک سیاه چاله کلان جرم احتیاج دارند
و از آن زمان مشاهدات دیگر
ما را مطمئن میکند که
سیاه چاله های کلان جرم و کهکشانها در کنار همدیگرند
هر کهکشانی که به دنبالش بودیم
یک سیاه چاله کلان جرم در مرکز آن پیدا کردیم
این یک کشف خیره کننده است
سیاه چاله های کلان جرم
ممکن است
رایج باشند
نه تنها در مرکز کهکشان ما
بلکه در تمام کهکشان ها
کهکشان ام۳۱ را در نظر بگیرید
این کهکشان به نام آندرومدا نیز معروف است
دو و نیم میلیون سال نوری از ما فاصله دارد
در یک شب روشن می توانید آن را از روی زمین مشاهده کنید
اما حتی با تلسکوپ فضایی هابل
نمی توانیم جزئیات دقیق مرکزش را ببینیم
با این حال ما کاملاً مطمئن هستیم که
چیزی بسیارعظیم در آنجا پنهان شده است
♪ ♪
چه می شود اگر بتوانیم نگاه نزدیک تری به آن داشته باشیم؟
چه می شود اگر بتوانیم کهکشانی بسیار دورتر را ملاقات کنیم؟
♪ ♪
وقتی وارد قسمت بیرونی آندرومدا می شویم
هنوز بسیار دورتر از آن هستیم که ببینیم چه چیزی در مرکز آن در کمین است
اما می توانیم
یک خوشه انبوه از ستارگان را در مرکز ببینیم
و این می تواند نشانه ای از
وجود سیاهچاله ای غول پیکر در آن نزدیکی باشد
میلیاردها سال پیش احتمالا با
گاز و ستاره و سیاهچاله های کوچک دیگر احاطه شده بود
سیاه چاله ممکن است باعث ایجاد یک کوازار
تغذیه ی آن و تابش پرتوهای کور کننده از آن شده باشد
بیش از صدها میلیون سال
احتمالا از تمام گازهای موجود و ستاره‌های نزدیک
مصرف کرده باشد
این روزها نسبتاً ساکت است
ولی چندین ویژگی متمایز دارد
که قبلاً ندیده ایم
اول اینکه عظیم الجثه است
اگر در منظومه شمسی ما قرار داشت
عطارد زهره زمین و مریخ
همه در درون افق رویداد آن به دام می افتادند
این بزرگ است اما در مقایسه با جرم‌های بزرگ هیچی نیست:
۱۰۰ میلیون برابر جرم خورشید است
و تخریبش تنها به همین جا ختم نمی شود
مشتری دیگر دوام نخواهد آورد
میدان گرانشی سیاه چاله ی کلان جرم
کل آنرا فرو میبلعد
سرانجام زحل نیز دچار همان سرنوشت خواهد شد
سیارات باقی مانده ممکن است زنده بمانند اما در مدارهایی سرد و تاریک قرار میگیرند
این سیاهچاله به چنان سرعتی می چرخد
که بافت فضا-زمان را منحرف می کند و می کشد
مانند همه سیاه چاله ها
افق رویدادش کاملاً نامشخص است
به یاد داشته باشید هیچ چیز در آنجا نیست
این فقط یک مرز است که فضای داخلی را پنهان می کند
اما دیسک فشرده می تواند چیزهای زیادی را
درمورد آنچه که دارد اتفاق می افتد به ما بگوید
این یک حلقه آتشین متشکل از گاز و گرد و غبار در اطراف سیاهچاله است
تصور کنید که اگر میتوانستیم گروهی از ربات های مستقل را
برای کاوش کردن قرص برافزایشی بفرستیم
دیسک با سرعت باور نکردنی در حال چرخش است -
تقریبا اندازه نصف سرعت نور
اگر مشتری با همچین سرعتی حرکت کند
طی کمتر از چند ساعت تمام مدار خود را کامل دور میزند
منطقه اطراف سیاه چاله دارای گردباد کیهانی است
اکنون دسته ی ما نیز در این گرداب گرفتار است
آنها مانند ردیاب هایی هستند که در طوفان افتاده اند
تا مسیر را ردیابی کنند
ربات اصلی می تواند تصاویر را برای ما ارسال کند
او لیدر را مانند یک ماشین مسابقه
که در اطراف پیست سرعت می گیرد دنبال میکند
از اینجا پیچ و تاب شدید فضا-زمان
در اطراف سیاه چاله
ترفندهای دیوانه‌واری را بر روی چشمانمان اجرا می‌کند
به نظر می رسد که یک دیسک برافزایشی
یکی در اطراف استوا و دیگری
در زیر قطب ها حلقه زده است
اما این تنها یک توهم است
گرانش شدید سیاهچاله مسیر تابش نور را
در پشت سیاه چاله خم می کند
و باعث می شود به نظر آید که
دیسک برافزایشی در بالا وپایین آن قرار دارد
در واقع هیچ چیز در اطراف قطبها نیست
بلکه فقط پرتوهای تابش نور است
دوباره همان لنز گرانشی است
با نزدیک شدن به افق رویداد
لنز گرانشی به حدی زیاد می شود
که یکی از روبات های من می تواند به جلو نگاه کند
و به تدریج پشت سرخود را ببیند
نور برای همیشه در یک دایره ابدی گیر افتاده است
این سفر ما از سیاهچاله کلان جرم
در مرکز کهکشان آندرومدا بود
شگفت انگیز بود
یک چیز شگفت انگیز دیگر: هیچ چیز در ریاضیات
دانشمندان را به این فکر نینداخت که سیاهچاله ها می توانند آنقدر بزرگ باشند
آنها به همان اندازه که عجیب هستند
سیاهچاله های ستاره وار عادی
حداقل توسط تئوری پیش بینی می شدند
کلان جرم ها یک سورپرایز کامل هستند
برای سیاهچاله های انبوه ستاره ای
مردم از دیدگاه نظری به آنها فکر می کردند
و بعد ما آنها را بصورت مشاهده‌ای تایید کردیم
برای سیاهچاله‌های کلان جرم قضیه برعکس است
ما در ابتدا شواهد آنها را بصورت رصدی پیدا کردیم
و اکنون در حال کار بر روی تئوری قضیه هستیم
که چگونه این اجرام به وجود آمده اند؟
ما هم اکنون می دانیم که ستارگان
برای تشکیل سیاهچاله‌های معمولی درون خود فرو میریزند
اما کلان جرم ها برای اجرام بزرگتر هستند
ماکیان ایکس ۱ پانزده برابر خورشید است
کلان جرم موجود در مرکز راه شیری ما
چهار میلیون برابر خورشید است
کلان جرم موجود در آندرومدا
صد میلیون برابر خورشید ما است
و همچنان بزرگترین نیست - حتی نزدیک به بزرگترین هم نیست
کلان جرم هایی ده الی بیست میلیارد برابر
جرم خورشید ما وجود دارد
چگونه می توان چنین سیاهچاله‌های غول پیکری را به وجود آورد؟
آیا کلان جرم ها می توانند از ستارگان فروریخته شده به وجود آمده باشند؟
بسیار بعید به نظر می رسد --
ما هیچ ستاره‌ای نمی شناسیم که میلیاردها برابر بزرگتر از خورشید باشد
ما در مورد سیاهچاله‌هایی که ممکن است از یک ستاره در حال مرگ به وجود آمده باشند می‌دانیم
آنها چندین برابر
جرم خورشید هستند
میلیون ها برابر جرم خورشید
اگر اینگونه باشد یک ستاره در حال مرگ احتمالاً نمی تواند آن را بسازد
آیا این کلان جرم ها
- که میلیون ها یا حتی میلیاردها بار سنگین‌تر از خورشید هستند -
میتوانند مثل یک غول حریص رشد کنند؟
نکته جالب در مورد سیاهچاله‌ها این است که آنها تغذیه می کنند
آنها دائماً هر چیزی را که
دور و برشان باشد می بلعند
بنابراین رشد می کنند
اما دقیقاً چگونه رشد می کنند؟
چه می خورند و کجا آن را می یابند؟
ما معتقدیم که سیاهچاله ها
با تجمع گاز رشد می کنند
و نحوه کار این است که شما در مرکز یک کهکشان
مقدار زیادی گاز دارید
سپس این گاز یک دیسک برافزایشی تشکیل می دهد
دیسک برافزایشی از هیدروژن هلیوم
و سایر عناصر گازی شکل تشکیل شده است
گرانش زیاد سیاهچاله
گاز را به سمت آن سوق می دهد
هرچه بیشتر می چرخد
به سیاهچاله نزدیکتر و نزدیکتر می شود
و تغذیه شروع می شود
اجرام موجود در مناطق درونی‌تر به آرامی کشیده می شوند
سرعت می یابند به افق رویداد خواهند رسید
و سپس همین!
هر گازی که از افق رویداد عبور کند برای همیشه ناپدید می شود
سیاه چاله آن ماده را جذب کرده است
بنابراین در واقع به جرم سیاهچاله می افزاید
بنابراین این یکی از راه‌هایی است که سیاهچاله می تواند رشد کند
به تدریج گاز و غبار را جذب کند
اما این تنها راه ممکن نیست
ماکیان ایکس ۱ به آرامی مواد را
از یک ستاره در آن نزدیکی دور کرده است
فرایندی که احتمالاً
هزاران سال یا میلیون ها سال ادامه خواهد داشت
اما چه میشود اگر سیاه چاله تنها طی چند سال یا حتی چند هفته
بتواند کل ستاره را فرو بپوشاند؟
این یک اتفاق بسیار قوی و خشن خواهد بود
و تیمی از اکتشافات فضایی در حال جست و جوی آن هستند
اینجا مرکز کنترل عملیات یک تلسکوپ فضایی است
من شما را به وضوح دارم
ما ابتدای مسیر را در ۰۳۳۰ نشان می دهیم
رصدخانه اشعه ایکس چاندرا
با چرخش تا ۸۶هزار مایل بالاتر از زمین
چاندرا تصاویری با وضوح بالا از اشیائی
که پرتو ایکس از خود ساطع میکنند می گیرد
یکی از آنها این است: یک رویداد کوتاه مدت
به نام رویداد گذرا
که جیمز گیلوچون را مجذوب خود کرد
ابرنواخترها موجب تخریب سیارات توسط ستارگان میزبان آنها میشوند
بله من مجذوب چیزهای تخریب گر در علم هستم
جیمز هم اکنون در حال تحقیق بر روی یک راز کشف شده
توسط یک همکار به نام داچنگ لین است
این لکه بر روی صفحه نمایش جیمز
در حقیقت یک انفجار ناگهانی عظیم از انرژی اشعه ایکس است
که به طور تصادفی گرفته شده است
این لکه کوچک در پس زمینه این تصویر ظاهر شد
و با توجه به فاصله بسیار زیاد
میبایست فوق‌العاده روشن باشد
آیا می تواند سیاهچاله ای باشد که در اثر فرو ریختن شدید یک ستاره بزرگ
--ابرنواختر-- متولد شده باشد؟
شاید
اما تابش شدید ساطع شده توسط ابرنواخترها
تنها برای چند ماه باقی می ماند
پس برای چه مدت این شیء مرموز پرتو ایکس از خود ساطع میکند؟
برای فهمیدنش آنها به تصاویر همان قسمت از آسمان
که در زمان‌های دیگر گرفته شده بود نگاه می کنند
۲۰۱۵
۲۰۱۱
۲۰۰۸
جولای ۲۰۰۵
اپریل ۲۰۰۵
هیچ اشعه ایکسی شناسایی نشد
اما پرتوهای ایکس تنها سه ماه بعد در ماه جولای وجود دارد
و این سیگنال روشن و قدرتمند
بیش از ده سال
از جولای ۲۰۰۵ تا به امروز ادامه داشته است
زمانی بسیار طولانی تر برای یک ابرنواختر بودن
پس چه می توانست باشد؟
سیاهچاله‌ای که تغذیه نمی‌کند ساکت و کاملاً تاریک است
در هیچ تلسکوپی نشان داده نمی شود
اما سیاه چاله ای که تغذیه می کند فرق می کند
هنگامی که تغذیه می شود پرتو ایکس از خود ساطع میکند
پس آیا این می تواند سیاهچاله ای باشد
که ناگهان شروع به بلعیدن چیز بزرگی کرده است؟
این قضیه چه تاثیری روی هر آنچه که در آن نزدیکی استخواهد داشت؟
با ستاره ای که در آن نزدیکی است چه کار می تواند بکند؟
او لایه به لایه
و در نهایت کل ستاره
را می بلعد
بر خلاف ماکیان-ایکس ۱ این کار به آرامی نیست
تغذیه آن در یک دوره ده ساله است
یک سیاه چاله بزرگ کل ستاره را
در یک چشم به هم زدن می بلعد
این یک برخورد تصادفی است
وقتی یک ستاره بدشانس خیلی نزدیک می شود
و گرایش شدید سیاهچاله در واقع آن را از هم میپاشاند
با نزدیک شدن ستاره
گرانش ناشی از سیاه چاله به تدریج
بیشتر و قوی تر می شود
و در این مرحله ستاره شروع به تغییر شکل خواهد کرد
آن را شکست جزر و مدی می نامند
این شبیه به همان روشی است که گرانش ماه
به راحتی همه اقیانوس های جهان را حرکت می دهد
جزر و مد ناشی از
یک سیاه چاله میلیاردها برابر
قوی تر خواهد بود
جایی که یک ستاره می تواند توسط سیاه چاله ازهم فرو پاشیده شود
بنابراین می توانید از آخرین مواد موجود در ستاره
یک ستون نور را مشاهده کنید
اما همانطور که جیمز نشان می دهد احتمال فرار
برخی از قسمت های ستاره وجود دارد
از آنجا که این ستاره توسط نیروهای جزر و مدی سیاه چاله کشیده شده است
در اصل همزمان با آن که نیمی از آن می خواهد فرار کند
سیاه چاله را تغذیه می کند
بنابراین هر چیزی بالاتر از این نقطه تقریباً فرصتی
برای خارج شدن از کهکشان را خواهد داشت
چون به سرعت در حال حرکت است
و همه چیز زیر این نقطه
به درون سیاه چاله برمیگردد
و در نهایت توسط آن خورده می شود
بنابراین این یک روش دیگر برای افزایش حجم سیاه چاله است
این سیاه چاله بر خلاف آرام آرام جویدن سیگنوس ایکس-۱
بیشتر قسمت های ستاره را
در یک چشم برهم زدن می بلعد
اما فرقی نمیکند که یک سیاهچاله با بلعیدن
نیمی از ستاره یا کل آن
از طریق برافزایشی تغذیه شود
ستاره شناسان هنوز هم وقتی می خواهند بفهمند
کلان جرم ها چطور انقدر بزرگ شده اند با مشکل روبرو می شوند
- مسئله زمان --
این دردسر با قدیمی ترین کلان جرم آغاز می شود:
اختروش‌ها این اشیاء بسیار روشن بسیار دور
و باستانی برای اولین بار
در اوایل دهه ۱۹۶۰ کشف شدند
این مسئله وقتی پدید آمد که ما خیلی زود در جهان به جستجوی این اختروش‌ها
اختروش‌های بسیار روشن پرداختیم
آنها آنقدر انرژی زیادی دارند
که مجبور هستند سیاهچاله های کلان جرم بسیاری را
در مرکز خود داشته باشند
اما اختروش‌ها بسیار دور هستند
به این معنی که آنها بخشی از جهان اولیه ای هستند
که تقریباً ۱۴ میلیارد سال پیش آغاز شده است
اختروش‌های روشن
۶۰۰ میلیون سال پس ازبیگ بنگ
کسری از عصر امروز
آنها بسیار عظیم هستند
سیاهچاله ها با جرم میلیاردی خورشیدی این بهیموث ها (موجودی عظیم الجثه
هنگامی که جهان حدود ۵۵۰ میلیون سال قدمت داشت
میبایست به وجود می آمدند
حالا مشکلی داریم
چون شما چیزی به این بزرگی را
باید بسیار سریع رشد دهید
و شما در مقابل همه نوع محدودیت فیزیکی دارید
فرقی نمیکند که یک سیاهچاله اندک اندک تغذیه میکند
یا سریع غذایش را قورت میدهد
در هر صورت برافزایشی آن - چگونگی تغذیه سیاه چاله ها -
دارای محدودیت سرعت است
حد ادینگتون که به افتخار اخترشناس انگلیسی آرتور ادینگتون نامگذاری شد
به دلیل نوری که
از دیسک برافزایشی ساطع میشود
اجازه نمی دهد یک سیاه چاله
خیلی سریع تغذیه شود
نور دارای فشار است
بنابراین فوتونها می توانند به هرچیزی نیرویی منتقل کنند
ما این را در بادهای ستاره‌ای می بینیم نور گاز را بیرون می کشد
بنابراین محدودیتی وجود دارد که می توانید قبل از اینکه درخشندگی اش
باعث توقف رشدش شود چقدر سریع آنرا تغذیه کنید
بنابراین با توجه به این محدودیت سرعت کلان جرم های جدیدتر
--اختروش‌ها-- آنقدر سریع بزرگ شدند؟
آیا راهی وجود دارد که بتوان حد مجاز سرعت را به طور کامل دور زد؟
مشکل هنوز خود زمان است
چگونه آنها را تا
یک میلیارد برابر جرم خورشید رشد می دهید؟
شرط لازم برای آن نوع رشد چیست؟
برخی از دانشمندان از خود می پرسند:
چه میشود اگر راهی وجود داشته باشد
که بتوان سیاه چاله ای را ساخت
که از بدو تولد بسیارپرجرم باشد؟
اگر مکانیزم فیزیکی ای وجود داشت
که به شما امکان بذر سیاه چاله‌ای را میداد
که درهمان ابتدا بسیار پرجرم بود
آنوقت مشکل خورد شدن زمان
و مسئله ی رشد آنقدر حاد نبود
به اعتقاد برخی پاسخ این است که
باید سیاه چاله ای مستقیما از ابر گازی ایجاد کنید
سناریویی به نام فروپاشی مستقیم
این ماده با ابرهای گازی که از هیدروژن هلیوم
و سایر عناصر ساخته شده شروع می شود
- همان مواد اولیه ای که ستاره ها از آنها متولد می شوند
ابرهای متراکم زیر بار خود گرانش خود
شروع به فروپاشی می کنند
و با فروپاشی قسمت‌هایی که متراکم تر هستند
سریعتر فرو می ریزند
و بنابراین آنچه که اتفاق می افتد قطعه قطعه شدن ابر است
این خرده‌ها تا زمانی که اتم‌های هیدروژن موجود در آنها
شروع به ادغام شوند به قطعه قطعه شدن ادامه میدهند
همجوشی هسته‌ای شروع می شود و ستاره‌ها متولد می شوند
اما چه می شود اگر یک ابر گازی غول‌پیکر بدون تولد ستاره فرو بریزد؟
ما متوجه شدیم که مجموعه‌ای از شرایط فیزیکی وجود دارد
که به شما این امکان را می دهد که قبل از شکل‌گیری هر ستاره
یک دیسک برافزایشی بسیار بزرگ بسازید
بنابراین این دیسک گازی ناپایدار می شود
این کار به جرم این اجازه را می دهد جریان را به سرعت
در مرکز ایجاد کند
و یک سیاه چاله بسیار عظیم بسازد
این همان چیزی است که همه ما در طبیعت دیده ایم
از گردبادها گرفته تا وان حمام
گرداب
اما در مقیاس کلان جرم
اگر در وان حمام باشید و درپوش آب را باز کنید
می بینید که آب همانند گرداب بسیار سریع
در مرکز میچرخد
دقیقاً همین اتفاقی که در اینجا می افتد
فروپاشی مستقیم میتواند راهی باشد
برای ایجاد سیاهچاله های جدیدتر بسیار بزرگ در جهان
که ابرهای گازی عظیم تشکیل شده اند
و قسمت ستاره ای را رد میکنند
از آنجا که آنها در بدو تولد بسیار بزرگ هستند
سیاهچاله های حاصل از فروپاشی مستقیم
جلو می آیند و به آنها کمک می کنند
تا به سرعت در کلان جرم های عظیم و جوان
که در جهان دور مشاهده می کنیم رشد کنند
شما به طور بالقوه می توانید سیاهچاله‌های حاصل از فروپاشی مستقیم را داشته باشید
همینطور سیاهچاله هایی که جرم اصلی آنها
جرم بذرشان و جرم اولیه شان
در حدود ۱۰۰۰۰ تا شاید ۱۰۰۰۰۰ برابر
جرم خورشید است
و از همان ابتدا با همان جرم شکل می گیرند
فروپاشی مستقیم ممکن است بتواند توضیح دهد که کلان جرم های اولیه
چطور آغاز به کار کردند
اما یک سوال اساسی دیگر در مورد کلان جرم ها وجود دارد
نقش آنها در جهان چیست؟
آیا وجود آنها شانسی است؟
یا اینکه آنها به طریقی
به ساختار کیهان مربوطند؟
سیاهچاله های کلان جرم در انزوا نیستند
به نظر می رسد آنها با کهکشان ها همزیستی میکنند
مجموعه ای از میلیون ها میلیارد
و یا حتی تریلیون‌ها ستاره‌ای که به واسطه گرانش به هم گره خورده اند
کهکشان ها قطعه های اصلی ساختمان جهان ما هستند
بنابراین آیا میتوان گفت که مرکز سیاهچاله‌های کلان جرم
به نوعی برای وجود آنها اساسی است؟
اکنون ما اینطور در نظر میگیریم که همه ی کهکشان ها
حتی آنهایی که هنوز تأیید نشده اند
یک سیاه چاله کلان جرم در مرکز خود دارند
میتوان اینطور گفت که آنها یک جزء اصلی
برای کهکشانها هستند
یک مؤلفه کلیدی برای جهان
ما در مدت زمان بسیار کوتاهی به این نتیجه رسیدیم
که آنها به احتمال زیاد در مراکز کهکشانها ساکن هستند
و این وقتی می تواند اتفاق بیفتد
که یک رابطه همزیستی
بین تکامل کهکشان و سیاه چاله کلان جرم
در هسته آن وجود داشته باشد
این رابطه چه می تواند باشد؟
یک سرنخ جالب به اندازه مربوط می شود
هرچه کهکشان بزرگتر باشد
به نظر می رسد سیاه چاله بزرگتر است
بنابراین به نظر می رسد این سیاهچاله های موجود در مرکز
از مقیاس بزرگترمحیط خود آگاهی دارند
کدام اول می آید؟
کهکشان یا سیاهچاله ی کلان جرم؟
به این راحتی ها هم نیست
به نظر می رسد که آنها به نوعی پشت سر هم رشد می کنند
شکل دادن به اولی و سپس تأثیرگذاری بر دیگری دشوار است
بنابراین امروزه ما فکر می کنیم که هر آنچه که اولی را تشکیل داده
دیگری را به عنوان محصول فرعی آن درست کرده است
پس باید بین سیاهچاله کلان جرم و کهکشان
مکانیسمی بازخوردی وجود داشته باشد
که رشد این دو را در یک جهت پیش ببرد
نحوه رشد کهکشان ها به صورت تشکیل ستارگان جدید
از ابرهای گازی هیدروژن است
گاز در اصل سوختی برای تشکیل ستاره ها است
درست همانند سوخت که برای اتومبیل ها لازم است
و اگر بنزین تمام کنید ستاره‌های جدیدی به وجود نمی‌آیند
بنابراین آیا میتوان گفت سیاهچاله های کلان جرم
به نوعی در شکل گیری ستاره نقش دارند؟
هنگامی که سیاه چاله در حال رشد است
انرژی عظیمی آزاد می شود
و به کهکشان فرستاده می شود
و بنابراین ما فکر می کنیم که بخشی از آن انرژی برای گرم شدن گاز استفاده میشود
و گاز که هم اکنون بسیار گرم است دیگر ستاره‌ای درست نخواهد کرد
گرمای تولید شده توسط یک سیاه چاله در حال رشد
باعث می شود که ستاره‌ای در آن نزدیکی شکل نگیرد
بنابراین یکی از راه‌هایی که سیاهچاله رو به رشد
می تواند بر کهکشان میزبان خود تأثیر بگذارد
از بین بردن شکل گیری ستاره است
در واقع رشد کلان جرم ها تعیین می کند
که آیا کهکشان میزبان آن رشد می کند یا راکد است
آنها به نوعی یک مرحله غذا خوردن
و سپس یک مرحله سکون دارند
بنابراین به نظر می رسد که آنها
درگیر شکل گیری کهکشان
و سپس تثبیت آن در آن واحد هستند
بنابراین ممکن است که این کلان جرم های مرموز
ساختمان جهان را کنترل کنند
- نه به خاطر اندازه شان
بلکه به واسطه‌ی انرژی که تولید می کنند و کهکشان ها را شکل می دهند
اگر به ترتیب جرم تمام سیاهچاله‌های جهان را کنار هم قرار دهید
سیاه چاله های کوچک
در برابر کلان جرم ها
و سوپر کلان جرم ها هیچ چیز نیستند
با این حال از نظر انرژی به نظر می رسد
اینکه کهکشان ها چقدر نیرو و انرژی دارند
مستقیما به سیاه چاله مرکزیشان مربوط میشود
بنابراین آنها واقعا بازیکنان اصلی جهان هستند
طی دو سال آینده ناسا قصد دارد تلسکوپ فضایی
جیمز وب را راه اندازی کند
قدرتمندترین تلسکوپ بشریت تا کنون
به گونه‌ای طراحی شده که می تواند مادون قرمز را ببیند
و این امکان را می دهد تا فاصله بیشتری از هابل را ببیند
و نگاهی به ستاره های اولیه و کهکشان هایی
که پس از بیگ بنگ شکل گرفته اند بیندازد
امید است که تلسکوپ فضایی جیمز وب
به حل بسیاری از اسرار باقیمانده
درباره اولین سیاه چاله های کلان جرم بپردازد
تلسکوپ فضایی جیمز وب طوری تنظیم شده است
تا جهان اولیه را هنگام تولد کهکشان ها مشاهده کند
این کار می تواند درک عمیق تری
از چگونگی پایان یافتن یک سیاه چاله کلان جرم
در کهکشان برای ما ایجاد کند
فناوری بسیار سریع در حال پیشرفت است
و در نتیجه ما واقعاً دیدگاههای جدید بنیادی ای
نسبت به جهان داریم
فکر کنم واقعاً در یک دوره طلایی نجوم زندگی می کنیم
و تلسکوپ فضایی جیمز وب
تنها پیشرفت جدیدی نیست که
نوید حل برخی اسرار در اطراف سیاهچاله ها را می دهد
من معتقدم اجزای مادون قرمز دارند
گروهی از دانشمندان
به سرپرستی شپ دوئلمن
اکنون سعی در کاری غیرممکن دارند
گرفتن عکسی از سیاه چاله
جالب است که می توانیم درباره
جریان در حال وقوع در نزدیکی سیاه چاله چیزی بگوییم
و اگر برخی از این رفتارهای خطی باقی بمانند
شاید راهی برای تفسیر آن داشته باشیم
این پروژه تلسکوپ افق رویداد نام دارد
هدف اصلی تلسکوپ افق رویداد
دیدن چیزی غیرقابل مشاهده است
توجه بر روی چیزی که
علم برای سال ها
به ما گفته است نمیتوانیم مشاهده کنیم
--سیاه چاله
هدف اصلی آنها ماکیان آ است
کلان جرم موجود در مرکز کهکشان راه شیری ما
آنها از شبکه جهانی تلسکوپ های رادیویی استفاده می کنند
ما به هشت تلسکوپ مختلف
در سراسر جهان
که دارای آب و هوای خوب است نیاز داریم
اما اگر سیاهچاله ها نامرئی هستند
دقیقا امیدوارند که از چه چیزی عکس بگیرند؟
آنچه در واقع سعی داریم از آن عکس بگیریم یک سایه است
بنابراین هرچه این گاز در اطراف سیاهچاله
به سمت داخل می چرخد و در واقع با افق رویداد برخورد می کند
یک شبح
سایه ای کاملاً مشخص بر روی نور اطراف به جا می گذارد
پس بنابراین واقعاً باید مانند یک دونات باشد
با سوراخ کاملاً مشخص
و این تصویری است که ما به دنبال آن هستیم
اگر آن را به فرکانس تبدیل کنم
جذر ۲پی در آنجا دارم
این تیم برای اولین‌بار مشاهده خود را انجام داده
و هم اکنون داده ها را پردازش می کند
باشه شما می گویید سرعت
امید است که این فن آوری های جدید
نمای بی سابقه ای از سیاه چاله ها
در جهان به ما ارائه دهند
اما یک فناوری جدید وجود دارد
که در حال حاضر نتیجه ها میدهد
و ما را به اینجا برگرداند به لایگو
به یک بازیگر کلیدی در سیاه چاله
به ایده ای که در زمان خود بسیار سروصدا کرد:
امواج گرانشی
اینشتین با تئوری گرانش در نسبیت عام
پیش بینی می کند که وقتی یک شی حرکت می کند
می تواند در فضا و زمان موج هایی ایجاد کند
فشردگی و کشش واقعی در خود سطح فضا
یکی از مقدسات فیزیک قرن بیستم
شناسایی این امواج گرانشی بود
انجام این کار
با نسبیت عام کار ساده ای نبود
زیرا تمام تأثیراتی که فکر می کردید
بینهایت کوچک بودند
اندازه گیری بسیار دشوار است
اعتقاد بر این بود که
اگر امواج گرانشی را بتوان اندازه گرفت
پیش بینی اینشتین تأیید میشود
و می تواند یک مزیت اضافه داشته باشد
ممکن است بشود وجود سیاه چاله ها را اثبات کرد
و به حل رمز و راز رشد کلان جرم ها کمک کرد
اما چگونه امواج گرانشی را تشخیص دهیم؟
در سال ۱۹۷۰ این مشکل
توجه یک فیزیکدان جوان تجربی بنام رای وایس را به خود جلب کرد
رای پیشینه مناسبی برای شکار برای امواج گرانشی داشت
برای چندین دهه او با امواج آشنا تر کار میکرد
-- امواج صوتی
ما مهاجر بودیم
یهودی آلمانی بودیم
و بسیاری از دوستان ما به موسیقی بسیار علاقه مند بودند
رای خود را وقف این کرد که
هرگونه ریزه کاری جزئی كه می توانست
از موسیقی ضبط شده در بیاورد
این رکوردها مشکل وحشتناکی داشتند
وقتی موسیقی بلند بود فوق العاده به نظر می رسید
وقتی موسیقی واقعاً آرام و کند بود
آنچه شنیده میشد این بود
همچین چیزی
صدای هیس کردن
و این خیلی آزار دهنده بود
درسی که او در تلاش
برای از بین بردن نویز در ضبط ها آموخت
بعداً هنگامی که
رای توجه خود را
به کشف امواج گرانشی معطوف کرد نمود پیدا کرد
شما میبایست درک کنید
که چگونه یک موج گرانشی کار خود را انجام می دهد
به عنوان یک مسئله ی فیزیکی
امواج گرانشی برخلاف امواج صوتی نیستند
فرض کنیم موج از چیزی ناشی می شود
که به نوعی در حال حرکت و نوسان است
موج صوتی هوا را فشرده میکند و گسترش می دهد
یک موج گرانشی فضا و همه چیز موجود در آن را
فشرده میکند و گسترش می دهد
اگر موجی از زمین بیاید
باعث می شود فضا
لحظه ای انبساط یابد و دوباره مجدداً منقبض شود
این کارادامه پیدا میکند بنابراین
این همان چیزی است که به این صورت پیش می رود درست مثل این
بنابراین چگونه می توان
گسترش و انقباض فضایی بسیار ریز را اندازه گرفت؟
ایده رای استفاده از نور بود
یک پرتوی نور بفرستید
از یک مکان به مکان دیگر
و زمان لازم برای رسیدن به آنجا را اندازه گیری کنید
به این ترتیب فاصله دقیق تا ماه محاسبه شد:
پرتاب پرتوی لیزر از روی زمین
بر آینه ای که فضانوردان آپولو ۱۱ در آنجا قرار دادند
از مدت زمان فاصله رفت و برگشتی
دانشمندان توانستند فاصله را تعیین کنند
رای طراحی مبتکرانه ای را
در ابزار موجود در لیزرها و آینه ها
برای کشف انبساط ها و انقباضات فضا
که توسط موج گرانشی ایجاد می شود ارائه داد
به آن تداخل سنج لیزری گفته می شود
این کار با شلیک یک لیزر به یک اسپلیتر انجام می شود
نیمی از نور مستقیم به جلو
به سمت یک آینه میرود
در حالی که نیمی دیگر به سمت آینه دیگر فرستاده می شود
آینه های دور پرتوهای نور را به عقب پرتاب می کنند
جایی که به یک حسگر نور دوباره می پیوندند
اگر فاصله دو پرتو دقیقاً یکسان باشد
سیستم به گونه ای عمل میکند که دو پرتو یکدیگر را خنثی کنند
آشکارساز چیزی نمی بیند
شما دام را برای اندازه گیری موج گرانشی تنظیم کرده اید
اکنون موج گرانشی
دراین --بهتر است بگوییم ساختار -- می آید
اگر یک موج گرانشی از آن عبور کند
به طور خلاصه طول بازوها را تغییر می دهد
پرتوهای نور دیگر در همان زمان به عقب برمی گردند
تا یکدیگر را خنثی کنند
موج گرانشی برخورد می کند
نور در آشکارساز ظاهر می شود
دام به کار افتاده است
این ایده اصلی است
این یک اندازه گیری بسیار ساده است
ایده‌ای هوشمندانه و ساده در اصول
اما شیطان
- و جایزه نوبل -
در جزئیات نهفته است
تفاوت طول دو بازو بسیار ریزتر
و فراتر از تصور است
چقدر ریز؟
خب اندازه اتم را در نظر بگیرید
کمتر از این است
با ضریب ۱۰۰هزار پایین بروید
این هسته اتم است
از این هم کمتر است
صد برابر پایین تر از این است
بنابراین ما در مورد چیزی واقعا ریزه میزه صحبت می کنیم
فکر کردم احمقانه است
من فکر می کنم واکنش اولیه همه به این ایده این بود که
همچین چیزی غیرممکن است
در سال ۱۹۷۳ کیپ تورن شک و تردید خود را
در یک رساله کلاسیک به ثبت رساند
با این مضنون که این کارعملی خواهد شد یا خیر
اما کیپ هرگز نشنیده بود که رای وایس طرح خود را
با جزئیات توضیح دهد
و وقتی این کار را کرد
ما تمام شب را صرف صحبت کردن کردیم
و بنابراین من گفتم نه نه نه این بسیار محتمل است
و درحدود ۲۰ دقیقه شاید نیم ساعت
کیپ کاملا داشت می فهمید و گفت: آها
و من برای بقیه عمر در کارم مسخره شدم
زیرا یک بار با ری در این مورد با جزئیات صحبت کردم
تصمیم گرفتم بخش بزرگی از
بقیه کار خود را
صرف کمک به تجربی کاران کنم
اما ۴۰ سال طول خواهد کشید
تا با مبلغ هنگفتی پول
چشم انداز رای و کیپ به واقعیت تبدیل شود
تأمین بودجه لایگو
بسیار بحث برانگیز بود
صدها میلیون دلار
برای کشف سیگنالی که قبلاً دیده نشده بود
افراد زیادی بودند که ترسیدند
لایگو پول را بیهوده هدر بدهد
و بنابراین جنجالهای زیادی به وجود آمد
آنچه که دشوار بود این بود که
همه بتوانند با هم سر یک چیز توافق کنند
با چنین ابزار حساسی
یکی از بزرگترین چالش ها
مشکل قدیمی رایس ویس بود: نویز
حرکت زمینی
حرکت لرزه ای زمین
سر و صدای آکوستیک
صداها
همه چیز تمایل به حرکت آن آینه دارد
به نظر می رسد حتی خالی بودن خلاء کامل
یک مشکل بالقوه فلج کننده را ایجاد می کند
در فواصل زیر اتمی
تصادف عجیب و غریب دنیای کوانتومی
باعث ایجاد یک هیاهو در آینه ها می شود
این نویز کوانتومی ناشی از نوسانات کوانتومی است
این آینه‌ها همان کاری را انجام می دهند که یک الکترون در داخل اتم انجام می دهد
در حال بالا پایین پریدن هستند
حساسیت دقیق
خلاء شدید
صدها هزار مدار الکترونیکی
لایگو یکی از پیچیده ترین ابزارها
در تاریخ علم است
و به عنوان ابزاری نهایی برای از بین بردن سیگنالهای کاذب
آنها نه یکی
بلکه دو تاسیسات کامل راساخته اند
یکی در ایالت واشنگتن و دیگری در لوئیزیانا
طراحان لایگو کار درستی انجام دادند
آنها بیش از یک ردیاب را
که در مسافت های زیاد از یکدیگر هستند
به گونه ای طراحی کرده اند که اگ یک چیز را در جایی تشخیص دهید
ولی در جای دیگر نه می توانید به عقب برگردید و الکترونیک خود را بررسی کنید
حواستان باشد که آن روز اپریل فول نباشد
و کسی با دگمه ها ور نرفته باشد
اوایل پاییز ۲۰۱۵
هر دو مکان در حال انجام عملیات هستند
اما اولین تست رسمی علمی هنوز آغاز نشده است
آنها هنوز در حال آزمایش هستند
در ساعات اولیه یکشنبه ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵
یک دانشمند در لوئیزیانا تصمیمی سرنوشت ساز می گیرد
رابرت شوفیلد تمام هفته در حال انجام
کالیبراسیون نهایی است
خوب بیایید یک طیف را در نظر بگیریم
او آخرین آزمایش را انجام میدهد
بیایید ببینیم که این کامپیوتر نیروی خود را از کجا می گیرد
اما دیر شده است و تجهیزات همکاری نمی کنند
ساعت حدود ۴:۰۰ صبح بود
و ما هنوز حدود یک ساعت کار دیگر باید انجام میدادیم
و با خود میگفتیم: هیچ چیز خوب کار نمی کند
من واقعاً خسته ام
بیایید این یک ساعت کار را انجام ندهیم
آنها آن را یک شب می نامند
و ۴۰ دقیقه بعد
در سکوت سکون خود
درهای تاریخ را باز می کنند
یک موج گرانشی قدرتمند در هر دو ردیاب
لوئیزیانا و واشنگتن می چرخید
اگر روبرت شوفیلد در آن شب ۴۰ دقیقه دیگر
با وسایل در حال تست کار می کرد
سیگنالی که ۱.۳ میلیارد سال در راه بود
هرگز به ثبت نمی رسید
میخواهم بگویم
یکی از بزرگترین مشارکت های من در لایگو
تنبلی من در آن روز بوده است
من یک ایمیل از کسی در آنجا دریافت کردم که می گفت
"هی نگاه کن به این جا نگاه کن"
به آن نگاه کردم و گفتم: "هولی (بوق)!"
سیگنال آنقدر قوی بود
که می توانستید آن را به راحتی در داده ها مشاهده کنید
آنقدر خوب بود که باور کردنی نبود
اما حقیقت بود
در حقیقت بسیار بلند و واضح بود
و انگار برایتان آواز میخواند
در آنجا بود ایستاده بود
سیگنال کمتر از یک ثانیه به طول انجامید
اما همان کوتاه ترین لحظه ها
یک پیام کیهانی عمیق درباره‌ی
اثبات وجود سیاهچاله ها پس از میلیاردها سال
را به ما رساند
آنچه در سیگنال مشاهده کردیم
نوسانات آینه ها را که در ابتدا کند بود
سریعتر سریع تر و سریع تر کرد
و این دقیقاً همان رفتاری بود
که از امواج گرانشی ناشی از دو سیاه چاله
که در اطراف یکدیگر قرار دارند
و به هم میپیچند انتظار داشتیم
دو سیاه چاله عظیم
یکی ۲۹ برابر جرم خورشید
و دیگری ۳۶ برابر جرم خورشید
صدها بار در ثانیه دور یک میچرخند
و سرانجام با یکدیگر ادغام میشوند
پدید آمدن یک سیاه چاله بزرگتر از ۶۲ جرم خورشیدی
این ادغام عظیم بخشی از جرم را
به انتشار انرژی ای آخرالزمانی
فراتر از هر چیزی که قبلاً وجود داشت تبدیل می کند
در حقیقت این برخورد
یک طوفان واقعی در بافت و شکل
فضا و زمان ایجاد می کند
گویی که سه خورشید دارید
که آنها را کاملاً نابود کرده
و به امواج گرانشی تبدیل کرده اید
این نیرو ۵۰ برابر بیشتر از توان خروجی ستارگانی است
که در کنار هم قرار گرفته اند
- در کسری از ثانیه
قدرتمندترین انفجاری که
تاکنون بشر به استثنای بیگ بنگ
شاهد آن بوده است
از زمان اولین سیگنال در سپتامبر ۲۰۱۵
لایگو چندین برخورد دیگر از سیاه چاله ها را شناسایی کرده است
در اکتبر سال ۲۰۱۷ رای ویس کیپ تورن
و مدیر سابق لایگو باری باریش
جایزه نوبل دریافت کردند
اکتشافات لایگو ثابت می کند که سیاهچاله‌ها می توانند با هم ادغام شوند
- یک راه دیگر که آنها می توانند به سرعت بزرگتر شوند
شواهد بیشتر و بیشتر در مورد این سیاهچاله‌های ادغام شده به ما می گوید
که تعداد زیادی از این سیاهچاله‌های ستاره‌ای در اطراف وجود دارد
که می توانند یکدیگر را پیدا کرده و با هم ادغام شوند
و این کشف یک روش کاملاً جدید
برای مشاهده جهان بود
ما همیشه نجوم را به عنوان
یک فیلد رصدی که در آن
به رصد تابش اشعه می پردازیم میشناختیم
ما چیزهایی را می بینیم
اما این تابش نیست
این چیزی اساسی تر است
این ها نوعی لرزش بنیادی در خود فضا است
ما اکنون می توانیم صدای جهان را بشنویم
برای اولین بار
اخترشناسان همزمان یک واقعه کیهانی را دیده و شنیده اند
در آگوست سال ۲۰۱۷ لایگو امواج گرانشی را
از برخورد دو ستاره نوترونی تشخیص داد
سیاهچاله ها فضایی تو خالی است
اما ستاره های نوترونی ستاره های متراکم مرده ای هستند
که می توانند با هم تصادف کرده و آسمان را روشن کنند
هنگامی که تلسکوپ ها و ماهواره ها در سرتاسر جهان
جهت حرکت صدا را نشان دادند
جهان آتش بازی را
در یک برخورد انفجاری و پس از آن دید
احتمالاً این برخورد منجر به ایجاد
سیاهچاله جدیدی شد
اما اگر هم شاهد شکل گیری سیاهچاله باشیم
باز هم چیزهایی وجود دارد که هرگز نخواهیم دانست
از آنجا که خیلی چیزها در مورد سیاهچاله ها
خارج از دسترس ماست
هرگز نمی توانیم بدانیم که آنها از کجا آمده اند
چه چیزی در داخلشان است و یا گدشته ی آنها چیست
اما ما می توانیم آینده آنها را تصور کنیم
تعداد سیاه چاله ها در جهان رو به افزایش است
و آنها بزرگتر می شوند
ستارگان فرو می ریزند
سیاه چاله ها تغذیه میکنند و ادغام می شوند
سیاهچاله ی جدیدی شکل میگیرد
آیا ممکن است که یک روز
همه چیز در درون آنها به سرانجام برسد و
آنها بر جهان حکومت کنند؟
تا تریلیونها سال این اتفاق نمی افتد
و وقتی آخرین قسمت های ماده از افق رویدادشان عبور کند
سیاه چاله ها ممکن است تبخیر شوند
و از بین بروند
اسرار آنها بسیار است و ما تازه شروع به
باز کردن اسرار این مکان های عجیب و غریب و قدرتمند کرده ایم
اما یک چیز قطعی است
سیاهچاله ها همچنان ما را فریب می دهند
ما را دست می اندازند
و هم علم و هم تصورات ما را به چالش می کشند
تیم ترجمه سایت علمی بیگ‌بنگ bigbangpage.com
ترجمه: سپیده سپهری