۱۰ يافته بزرگ درباره‌ي سياهچالهها در سال ۲۰۲۰
ما در عصر طلايي سياهچالهها به سر مي‌بريم. پژوهشگرها از سال ۲۰۱۵ با رصدخانه‌ي موج گرانش تداخل‌سنج ليزري (LIGO)، موفق به دريافت سيگنال مستقيم از سياه‌چاله‌هاي در حال ادغام شدند و رصدخانه‌هايي مثل تلسكوپ ايونت هرايزن (EHT) اولين تصوير سايه‌ي سياهچاله را توليد كردند. ۲۰۲۰ سالي پر از دستاورد علمي درباره‌ي سياهچالهها بود و پژوهشگرها به نتايج منحصر‌به‌فردي درباره‌ي «افق رويداد» سياهچاله رسيدند. در ادامه نگاهي به يافته‌هاي چشمگير درباره‌ي سياهچالهها در سال ۲۰۲۰ مي‌پردازيم.
۱. برد جايزه‌ي نوبل فيزيك در زمينه‌ي سياهچالهها
۲۰۲۰ براي پژوهش سياهچاله سال خوبي بود و در ماه اكتبر جايزه‌ي نوبل را براي سه فيزيكدان به ارمغان آورد كه به مطالعه اين اجرام كيهاني اسرارآميز پرداخته بودند. نيمي از جايزه به راجر پنروز از دانشگاه آكسفورد بريتانيا به خاطر پژوهش در اين زمينه اختصاص يافت. بر اساس يافته‌هاي پنروز، شكل‌گيري سياهچاله كاملا منطبق با پيش‌بيني‌هاي انديشه متخصصينيه‌ي نسبيت عام است. آندره گز از UCLA و راينهارد گنزل از دانشگاه بن و مؤسسه‌ي مكس پلانك فيزيك فرازميني نيم ديگر جايزه را براي كشف جرم فشرده‌ي غول‌آسا در مركز كهكشان راه شيري به دست آوردند. پس از ماري كوري (۱۹۰۳)، ماريا گوپرت ماير (۱۹۶۳) و دانا استريكلند (۲۰۱۸)، گز چهارمين زن برنده‌ي جايزه‌ي نوبل فيزيك در طول تاريخ فيزيك است.
۲. LIGO بزرگ‌ترين برخورد سياه‌چاله‌اي را رصد كرد
ليگو و همتاي اروپايي آن ويرگو، از طريق امواج گرانشي موفق به رصد امواج عظيمي در بافت فضا زمان شدند؛ اين امواج زماني منتشر مي‌شوند كه اجرام سنگين نوسان كنند. اين رصدخانه‌ها اكتشافات زيادي داشته‌اند؛ اما در ماه مي پژوهشگرهاي دو رصدخانه در اعلاميه‌اي مشترك از كشف بزرگ‌ترين برخورد سياه‌چاله‌اي خبر دادند كه جرم يكي از سياهچالهها ۸۵ برابر و جرم ديگري ۶۶ برابر خورشيد بود. با برخورد اين دو سياهچاله، سياه‌چاله‌اي با جرم ۱۴۲ برابر خورشيد به وجود آمد. ستاره‌شناس‌ها قبلا موفق به كشف سياه‌چاله‌هايي هم‌اندازه با خورشيد شده بود و مي‌دانستند سياه‌چاله‌هاي عظيم معمولا چند ميليون برابر سنگين‌تر از خورشيد در مركز كهكشان‌ها وجود دارند؛ اما در گذشته به هيچ‌گونه شواهدي درباره‌ي سياه‌چاله‌هاي متوسط دست نيافته بودند. شكل‌گيري دقيق سياهچالهها هنوز به‌صورت يك راز باقي مانده است كه دانشمندان به دنبال حل آن هستند.
۳. سياه‌چاله‌هاي آغازين
در فاصله‌ي كوتاهي پس از بيگ‌بنگ، جهان مملو از پرتوهاي جديد و متلاطم شد. در برخي نقاط انرژي به اندازه‌ي كافي متراكم بود تا از انديشه متخصصين تئوري دچار فروپاشي شود و سياه‌چاله‌اي تشكيل دهد. فيزيك‌دان‌ها هنوز از وجود سياه‌چاله‌هاي آغازين (PBH-ها) مطمئن نيستند؛ اما با دقت در حال مطالعه آن هستند. بر اساس مقاله‌هاي متعدد كه يكي از آن‌ها در ماه نوامبر منتشر شد، اين سياهچالهها كه برخي از آن‌ها از باقي‌مانده‌ي ستاره‌هاي مرده كوچك‌تر هستند، مي‌توانند مواد تشكيل‌دهنده‌ي ماده‌ي تاريك باشند؛ ماده‌اي ناشناخته كه تأثير گرانشي زيادي بر كيهان دارد. آزمايش‌هايي براي جستجوي PBH در سال‌هاي آينده انجام خواهد شد.
۴. احتمال وجود سياه‌چاله‌هاي فوق عظيم
پژوهشگرها در ماه سپتامبر از احتمال سياه‌چاله‌هاي ابرغول‌آسا (SLAB) سخن گفتند. جرم اين اجرام به يك تريليون برابر جرم خورشيد مي‌رسد كه ده برابر بيشتر از بزرگ‌ترين سياه‌چاله‌ي شناخته‌شده به نام TON 618 است؛ جرم اين سياهچاله، ۶۶ ميليارد برابر خورشيد است. برخي از SLAB-ها در آغاز جهان شكل گرفتند؛ بنابراين سياه‌چاله‌ي آغازين هستند و مي‌توان اثر آن‌ها را در تابش پس‌زمينه‌ي مايكروويو كيهاني رصد كرد؛ تابش پس‌زمينه‌ي كيهاني به نور باقي‌مانده از جهان آغازين (در ۳۸۰ هزار سال اول) گفته مي‌شود. آثار ديگر اين سياهچالهها را مي‌توان از طريق انحراف نور ستاره‌هاي دوردست آشكار كرد. اين سياهچالهها فعلا در حد انديشه متخصصينيه هستند؛ ولي توجه بسياري به خود جلب كرده‌اند.
بر اساس انديشه متخصصينيه‌ي ريسمان، سياهچالهها مي‌توانند مانند توپ‌هاي رشته‌اي تشكيل‌شده از رشته‌هاي بنيادي (فازبال) باشند.
۵. LIGO موفق به كشف يك ادغام‌گر نامتعادل شد
تعداد زيادي از سياه‌چاله‌هاي دوتايي (باينري) كه با ابزارهاي ليگو و ويرگو كشف شدند، جرم يكساني داشتند؛ اما در ماه آوريل، دانشمندان از رصد نامتقارن‌ترين برخورد سياه‌چاله‌اي خبر دادند. اين اجرام در فاصله‌ي ۲٫۴ ميليارد سال نوري با يكديگر برخورد كردند؛ جرم يكي از آن‌ها هشت برابر و جرم ديگري ۳۰ برابر خورشيد بود. چنين رويداد غير منتظره‌اي به قدري نادر بود كه ابزار موج گرانشي پس از چند سال فعاليت موفق به رصد آن نشده بود. اين يافته فرضيه‌هاي زيادي را به چالش گرفت و پژوهشگرها بر اين اساس ادغام‌كننده‌هاي سلسله مراتبي را تعريف كردند؛ در اين ادغام‌ها سياهچالهها با يكديگر برخورد مي‌كنند و بقاياي آن‌ها با سياه‌چاله‌ي ديگري ادغام مي‌شود.
۶. تلسكوپ‌‌ها «اسپاگتي شدن» يك ستاره در سياهچاله را رصد كردند
وقتي جرمي سنگين در فاصله‌ي مشخصي از يك سياهچاله قرار مي‌گيرد، نيروهاي گرانشي شديد مي‌توانند باعث كشيده شدن آن شوند. اين فرايند اصطلاحا «اسپاگتي‌سازي» گفته مي‌شود و بسيار نادر است؛ زيرا سياهچالهها با ابري از گاز و غبار احاطه شده‌اند. در ماه اكتبر، ستاره‌شناسان رصدخانه‌ي جنوبي اروپا توانستند فرايند اسپاگتي‌سازي يك ستاره را با جزئياتي بي‌سابقه با استفاده از تلسكوپ NTT و تلسكوپ بسيار بزرگ (Very Large Telescope) رصد كنند. اين رويداد نادر كه به نام AT 2019qiz شناخته مي‌شود، انديشه متخصصينات‌هايي درباره‌ي چنين اتفاق‌هايي در اختيار ستاره‌شناس‌ها قرار داد و به آن‌ها در درك بهتر گرانش در محيط‌هاي كرانه‌اي كمك مي‌كند.
۷. رصد نزديك‌ترين سياهچاله
هيچ كس نمي‌خواهد بيش از حد به سياهچاله نزديك شود و اسپاگتي شود! خوشبختانه پديده‌ي كيهاني كه در ماه مي رصد شد در فاصله‌اي امن بود. اين سياهچاله با دو ستاره‌ي ديگر، منظومه‌ي سه‌تايي HR 6819 را تشكيل مي‌دهد؛ اما سياه‌چاله‌اي جديد در فاصله‌ي ۱۰۰۰ سال نوري از زمين كشف شده است كه سه برابر نزديك‌تر از ركورد قبلي است. ستاره‌شناس‌ها هنوز به‌طور مستقيم قادر به رصد سياهچاله نيستند؛ اما مي‌توانند با استفاده از تأثير گرانشي دو جرم همراه آن، به وجود سياهچاله پي ببرند. ناظران شب در نيم‌كره‌ي جنوبي مي‌توانند ستاره‌هاي منظومه‌ي HR 6819 را با چشم غير مسلح ببينند.
۸. سياهچالهها مي‌توانند فازبال باشند
براي شكل‌گيري سياهچاله، بايد ماده و انرژي در نقطه‌اي كوچك با چگالي نامحدود دچار فروپاشي شوند. ازآنجاكه بي‌نهايت‌هاي اين‌چنيني از انديشه متخصصينات فيزيكي غير ممكن هستند، انديشه متخصصينيه‌پردازها مدت‌ها است به دنبال راهي براي حل اين مسئله هستند. بر اساس انديشه متخصصينيه‌ي ريسمان كه تمام ذرات و نيروها را با رشته‌هاي لرزان زيراتمي جايگزين مي‌كند، سياهچالهها مي‌توانند حتي عجيب‌تر باشند و به توپ نخ‌مانند فازي از رشته‌هاي بنيادي تبديل شوند. طبق پژوهشي در ماه اكتبر، اگر اتم‌هاي ستاره‌هاي نوتروني (بقاياي ستاره‌اي كه تراكم آن براي شكل‌گيري سياهچاله كافي نيست) به شكل مجموعه‌اي از رشته‌ها باشند، فشرده‌سازي اين رشته‌ها منجر به شكل‌گيري فازبال مي‌شود كه به توپ نخي شباهت دارد. اين ايده هنوز نياز به مطالعه بيشتري دارد؛ اما مي‌تواند جايگزيني براي حل مسئله‌ي بي‌نهايت باشد.
۹. سياه‌چاله‌هاي خطرناك عريان در كمين هستند
به عقيده‌ي فيزيك‌دان‌ها، هر سياهچاله داراي افق رويداد است؛ مرزي كه با سقوط در آن، هرگز قادر به خروج نخواهيد بودد؛ اما آيا ممكن است سياه‌چاله‌اي بدون افق رويداد موسوم به سياه‌چاله‌ي عريان وجود داشته باشد؟ اين پديده در صورت وجود مي‌تواند بسيار خطرناك باشد؛ زيرا قوانين فيزيكي افق رويداد سياهچاله را در هم مي‌شكنند و سياه‌چاله‌ي عريان فاقد سد حفاظتي خواهد بود. اغلب انديشه متخصصينيه‌پردازها وجود سياه‌چاله‌ي عريان را غير ممكن مي‌دانند؛ اما بر اساس مقاله‌اي كه در ماه نوامبر منتشر شد، راهي براي اطمينان از اين مسئله وجود دارد. براي پي بردن به تفاوت اين سياهچالهها بايد به قرص برافزايشي آن‌ها نگاه كرد؛ قرص برافزايشي حلقه‌اي از گاز و غبار است كه هنگام ورود مواد به سياهچاله شكل مي‌گيرد؛ اين قرص مي‌تواند تفاوت سياه‌چاله‌هاي عادي و سياه‌چاله‌هاي عريان را آشكار كند.
۱۰. گنجينه‌ي سياهچالهها
در ماه اكتبر، LIGO و ويرگو، كاتالوگ ده‌ها سيگنال موج گرانشي را منتشر كردند كه بين آوريل و سپتامبر ۲۰۱۹ كشف شده بودند. ۳۹ رويداد در اين كاتالوگ ثبت شده‌اند؛ شامل تعداد زيادي از يافته‌هاي مهم از جمله ادغام سياه‌چاله‌هاي غول‌آسا كه منجر به توليد سياه‌چاله‌اي به جرم ۱۴۲ جرم خورشيدي شد، ادغام دو سياه‌چاله‌ي ناهمسان با هشت جرم و سي جرم خورشيدي يا كشف جرم اسرارآميزي كه به انديشه متخصصين مي‌رسيد سياه‌چاله‌اي كوچك يا يك ستاره‌ي نوتروني بزرگ است. پژوهشگرها از اين داده‌ها به هيجان آمده‌اند و از آن براي درك بهتر رفتار و تكرار ادغام‌هاي سياه‌چاله‌اي استفاده خواهند كرد.
هم انديشي ها