گردآورنده: شهرام خبیر

فضا – زمان – حرکت

ادامه ذرات بنیادین و نیروهای طبیعت

اما از دستاورد اسرائیل، تفسیر متفاوتی هم وجود داشت که- راجر پنروز, و -جان ویلر, بویژه از آن هواداری می کردند. آنها میگفتند که حرکات سریع حین فروپاشی یک ستاره، منجر به آن میشود که امواج گرانشی ساطع شده، ستاره را بیش از پیش کروی نمایند و آنگاه که بحالت سکون درآید، کاملاً صورت کروی بخود گرفته است. بر این اساس، هر ستاره ناچرخانی، هر قدر هم که شکل و ساختارش پیچیده باشد، پس از فروپاشی گرانشی، بصورت حفره سیاه کاملاً کروی در می آید که اندازه اش تنها به جرم آن بستگی دارد. محاسبات بعدی، این نظر را مورد تأیید قرار داد و بزودی پذیرش همگانی یافت.

دستآوردهای- اسرائیل, تنها در مورد حفره های سیاهی صادق بود که از اجسام ناچرخان، شکل یافته بودند. در سال ١٩۶٣ -روی کر, نیوزیلندی مجموعه راه حل هایی برای معادلات نسبیت عام یافت که حفره های سیاه چرخان را توصیف می نمود. این حفره های سیاه «کر» با سرعت ثابتی در حال چرخشند و شکل و اندازه شان تنها به «جرم و نرخ چرخش» آنها بستگی دارد. اگر میزان چرخش صفر باشد، حفره سیاه کاملاً گرد است و حل متناظر با آن، با حل- شوارتس شیلد, یکسان میباشد؛ اگر بیش از صفر باشد حفره سیاه در اطراف خط استوایش، دارای برآمدگی ای به طرف بیرون میشود( مثل زمین یا خورشید که براثر چرخش دارای برآمدگی اند)،  و هر چه سریعتر بچرخند، برآمدگی بزرگتر میگردد: پس با تعمیم دستآورد -اسرائیل, در مورد اجسام چرخان، میتوان حدس زد که هر جسم چرخان پس از فروپاشی و تشکیل حفره سیاه، سرانجام بحال سکون درخواهد آمد که حل «کر» این وضعیت اخیر را توصیف می نماید.

در سال ۱۹۷۰ یک همکار، که در ضمن دانشجوی پژوهشگر من در کمبریج بود، یعنی -برندون کارتر- نخستین گام را در راه اثبات حدس بالا، برداشت. او نشان داد که اندازه و شکل یک حفره سیاه چرخان ساکن تنها به « جرم و سرعت چرخش» آن بستگی خواهد داشت ،اگر مثل فرفره دارای محور تقارن باشد. سپس در ۱۹۷۱ من ثابت کردم که هر حفره سیاه چرخان ساکن ،در واقع دارای چنین محور تقارنی هست .عاقبت دیوید رابینسون از کالج- کینگز لندن, با استفاده از کارهای کارتر ومن نشان داد که حدس بالا درست بوده است: چنین حفره سیاهی باید مطابق با حل «کر» باشد. بنابراین پس از یک فروپاشی گرانشی، حفره سیاه باید حالتی چرخان بخود بگیرد ،ولی در عین حال نمی تواند دارای ضربان باشد. ازین گذشته ،اندازه و شکل آن تنها به جرم و سرعت چرخش آن بستگی دارد و مستقل از ماهیت جسمی که فروپاشیده و حفره سیاه را بوجود آورده، می باشد. اهل ذوق، نتیجه بالا را به این صورت بیان کرده اند «حفره سیاه بی مو است.» قضیه «بی مو» از اهمیت عملی زیادی برخوردار است، زیرا بشدت انواع ممکن حفره های سیاه را، محدود می نماید: بنابراین میتوان با ذکر جزئیات، از اشیائی که ممکن است شامل حفره سیاه باشند، مدلهایی ساخت و پیش بینی های مدلها را با مشاهدات، مقایسه نمود. این امر همچنین بدان معناست: که مقادیر عظیمی از اطلاعات مربوط به جسمی که فروپاشیده، باید گم شده و از بین رفته باشد، چرا که پس از تشکیل حفره سیاه ،همۀ آن چیزی که در مورد جسم مزبور می توان اندازه گیری کرد عبارت است: از جرم و سرعت چرخش آن. در فصل بعد، پیرامون اهمیت و معنای این امر سخن خواهیم گفت.

حفره های سیاه یکی از موارد نادر در تاریخ علم میباشد که تئوری مربوط به   آنها، به تفصیل و در قالب مدل ریاضی تدوین شده است؛ پیش از آنکه هیچ گواه ونشانه تجربی ،دال بر درستی آنها در دست باشد. در واقع این عمده ترین سلاح مخالفان حفره های سیاه است:  چگونه می توان وجود اشیائی را پذیرفت که تنها  گواه موجودیت آنها، مشتی محاسبات است که بر نظریه مشکوک نسبیت عام مبتنی میباشند؟ اما در ١٩۶٣، -مارتن اشمیت, ستاره شناس  از رصدخانه -پالومار, کالیفرنیا  انتقال به سرخ یک شی ستاره مانند را، در جهت منبع فرستنده امواج- رادیوئی 3c273 «شماره  کاتالوگ کمبریج- در مورد منابع رادیوئی »اندازه گیری کرد. او دریافت که این مقدار بسیار زیاد است و نمیتواند ناشی ازمیدان گرانشی باشد: اگر این یک انتقال به سرخ گرانشی بود، بناچار شی مورد نظر چنان عظیم بود و چنان نزدیک بما قرار داشت که مدار سیارات منظومه شمسی را مختل می نمود. پس انتقال به سرخ، ناشی از گسترش جهان است و این بنوبه خود به معنای آنست: که شئ مزبور در فاصله ای بس دور از ما قرار دارد و اگر ازین راه دور و دراز بتوان شئ را رؤیت کرد،  پس بیگمان باید بسیار نورانی باشد؛ بدیگر سخن باید مقادیر عظیمی انرژی تشعشع نماید. بنظر میرسید تنها ساز و کاری که بتواند چنین حجم عظیمی از انرژی را گسیل دارد، فروپاشی گرانشی نه یک ستاره، بلکه همه منطقه مرکزی یک کهکشان، است. شماری چند از این «اشیاء نیمه ستاره ای» یا کوازارها، کشف شده اند که همگی دارای انتقال به سرخ بزرگی، می باشند. اما تمامی آنها بسیار دورند و بنابراین مشاهده آنان و فراهم آوردن گواهی قطعی برای حفره های سیاه ،کاری است بس دشوار.

کشف بعدی که هواداران وجود حفره های سیاه را دلگرم ساخت، بوسیله یک دانشجوی پژوهشگر کمبریج بنام- جا سلین بل, در سال ١٩۶٧ انجام گرفت. او دریافت که اشیائی در آسمان وجود دارند که بطور منظم  پالس های امواج رادیوئی گسیل می کنند. در ابتدا – بل, و سر پرست اش،- آنتونی هیوویش, پنداشتند که با یک تمدن بیگانه در کهکشان تماس برقرار کرده اند! درست بیاد دارم در سمیناری که آن دوکشف خود را اعلام کردند،چهار منبع کشف شده نخستین را -مردان کوچک سبز- نامیدند.در پایان،انها وسایرین به این نتیجه ،نه چندان رومانتیک، رسیدند که این اشیا که -تپ اختر(یا پولسار), نامیده میشوند، در حقیقت ستارگان« نوترونی چرخانی» هستند که بخاطرکنش  متقابل و پیچیده ای ،میان میدان مغناطیسی و ماده پیرامونشان، پالس های امواج رادیوئی گسیل می کنند. این برای نویسندگان وسترن های فضائی خبری ناگوار بود، اما برای عده قلیلی که در آن هنگام به حفره های سیاه باور داشتند، بسیار امیدوار کننده  بود: این خبر نخستین گواه به نفع وجود ستارگان نوترونی ، محسوب می شد. شعاع ستاره نوترونی، تقریباً ده مایل است یعنی تنها چند برابر شعاع بحرانی می باشد. وقتی شعاع ستاره ای کاهش یافت و به مرز بحرانی خود رسید، حفره سیاه تشکیل می گردد.اگر امکانپذیر است که ستاره ای پس از فروپاشی به اندازه ستاره نوترونی گردد، پس میتوان بنحو معقولی انتظار داشت که اندازه دیگر ستارگان پس ازفروپاشی ازاینهم کوچکتر شود و حفره سیاه بوجود آید.

حال که بنابه تعریف، حفره سیاه نوری گسیل نمی کند، پس چگونه میتوان به آشکارسازی آن امیدوار بود؟ این امر مثل آنست که در یک زیرزمین مخصوص زغال سنگ، دنبال یک گربه سیاه باشیم. خوشبختانه راهی وجود دارد. همانگونه که -جان میچل, در مقاله پیشتاز خود در سال ۱۷۸۳ خاطرنشان ساخته بود، حفره سیاه همچنان بر اشیائی که در مجاورتش واقعند، نیروی گرانش اعمال می کند. ستاره شناسان دستگاههای بسیاری را رصد کرده اند که در آنها دو ستاره گرداگرد یکدیگر می چرخند و توسط گرانش، یکدیگر را جذب می کنند. و نیز آنان دستگاههایی را مشاهده کرده اند که تنها یک ستاره مرئی ، در حال گردش به دور همراهی نامرئی ، است. البته بیدرنگ نمی توان نتیجه گرفت که این یار و همراه نامرئی، همان حفره سیاه است: شاید صرفاً ستاره ای بسیار کم سو باشد. اما برخی از این دستگاه ها، منابع پرقدرت اشعه ایکس نیزهستند، مانند -سیگنوس ایکس-1 .بهترین توضیح برای  این پدیده، آنست: که ماده از سطح ستاره مرئی جدا گشته است و در حین  آنکه، بسوی همراه نامرئی اش سقوط می کند، مسیر مار پیچی رامی پیماید ( مثل خروج اب از وان حمام )وبسیارداغ می گردد واشعه ایکس گسیل میکند.

برای آنکه این ساز و کار، درست از آب درآید، اشیاء نامرئی، باید بسیار کوچک باشند، مثلاً همانند کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا حفره سیاه. با توجه به مدار ستاره مریی می توان کمترین جرم  ممکن را برای شیی نامریی محاسبه  کرد.مثلا جرم -سیگنوس ایکس-1, دستکم شش      برابر جرم  «  خورشید  » می باشد ونظر به کارهای -چاندراسخار,همکار من،    بنابراین : بسیار بیشتراز جرم کوتوله سفید میباشد.همچنین این جرم عظیم نمیتواند از آن یک ستاره نوترونی باشد. بنابراین تنها شق باقیمانده -حفره سیاه- است.      

ادامه دارد…