سیاهچاله‌های «برهنه» و خطرناک اما پنهان!

وجود یک سیاه‌چاله بدون افق رویداد (تکینگی برهنه) برای فیزیکدانان چنان نگران‌کننده است که حدس می‌زنند شاید طبیعت به‌هیچ‌وجه اجازه نمی‌دهد آن‌ها وجود داشته باشند –، اما تاکنون هیچ مدرکی در تأیید این عقیده نیافته‌اند.

کد خبر: ۵۳۷۶۶۸

تاریخ: ۰۳ دی ۱۳۹۹ - ۰۳:۲۱

سیاهچاله‌ها مناطقی با تراکم بی‌نهایت هستند که به عنوان تکینگی یا نقاط منفرد شناخته می‌شوند و بنابر قوانین فیزیک، معمولاً هر یک از آن‌ها یک افق رویداد دارند؛ یعنی مرزی بدون بازگشت که اگر در از آن عبور کنید، دیگر هرگز از آن بیرون نخواهید آمد.

ولی آیا ممکن است که بعضی سیاهچاله‌ها برهنه باشند؛ یعنی اصلاً افق رویداد نداشته باشند؟ تا آنجا که می‌دانیم، تکینگی‌ها همیشه در افق رویداد‌ها دچار اعوجاج و پیچش می‌شوند؛ اما نگاه دقیق‌تری به نظریه ریاضی نسبیت عام نشان می‌دهد که شاید هم اینطور نباشد.پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند که در صورت وجود سیاهچاله‌های برهنه در کیهان، می‌توان آن‌ها را تشخیص داد: با نگاه به حلقه نوری که در اطراف آنهاست.

سیاهچاله‌ها، نتیجهٔ ریاضی نظریهٔ نسبیت عام انیشتین هستند. این معادلات به ما می‌گویند که اگر توده‌ای از ماده دچار فروریزی در خودش بشود و حجم آن بیش از حد کوچک گردد، جاذبه همان ماده سبب کوچک شدن بیشتر آن خواهد شد تا جایی که به یک نقطهٔ بی‌نهایت کوچک تبدیل خواهد شد که «تکینگی» نام دارد. نیروی گرانش تکینگی، بی‌نهایت قوی است. اجسام با سرعتی بیشتر از سرعت نور به سمت آن کشیده می‌شوند. در نزدیک تکینگی، فیزیک نسبیت عام دیگر نمی‌تواند مسیر آینده ذرات را پیش‌بینی کند.

خوشبختانه، تا آنجا که ما می‌دانیم، همهٔ تکینگی‌ها توسط یک افق رویداد احاطه شده‌اند. افق رویداد فاصله‌ای از تکینگی است که در آن فاصله جاذبه آنقدر قوی است که می‌تواند هر چیزی را به خود جلب کند. برای فرار از افق رویداد باید سریعتر از سرعت نور حرکت کنید. در واقع افق رویداد همان چیزی است که باعث سیاه به‌نظر رسیدن سیاهچاله می‌شود؛ چون حتی نور هم نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند.

از زمانی که ما برای نخستین بار به وجود سیاهچاله‌ها پی بردیم، به این فکر افتادیم که آیا امکان ایجاد یک تکینگی بدون افق رویداد متناظر هم وجود دارد یا نه – همان تکینگی اصطلاحاً «برهنه». این مکان بسیار خطرناک خواهد بود؛ زیرا قوانین فیزیک در آن اجرا دچار شکست و اختلال خواهند شد. در مورد سیاهچاله‌های معمول، می‌دانیم که تکینگی به‌صورتی امن زیر یک افق رویداد قرار گرفته و بنابراین حتی اگر خود سیاهچاله هم مکان وحشتناکی باشد، دست‌کم هر اتفاقی که در آنجا بیفتد، از بقیه کیهان جدا و مجزاست.

اگر تکینگی‌های برهنه وجود داشته باشند، مطمئناً سیاه‌چاله‌هایی معمول نیستند. ما فقط یک روش تأییدشده برای شکل‌گیری تکینگی‌ها را می‌دانیم و آن زمانی است که سوخت یک ستاره غول‌پیکر تمام شود و در خودش فرو بریزد. وقتی هم که این اتفاق می‌افتد، به طور طبیعی یک افق رویداد برای تکینگی تشکیل می‌شود. از سوی دیگر، وجود یک تکینگی برهنه برای فیزیکدانان چنان نگران‌کننده است که حدس می‌زنند شاید طبیعت به‌هیچ‌وجه اجازه ندهد چنین شیئی وجود داشته باشد – هرچند که تاکنون هیچ مدرکی در تأیید این عقیده نیافته‌اند.

اما دانشمندان می‌گویند که ممکن است تکینگی‌های برهنه هم شکل بگیرند، اگرچه فقط در شدیدترین و حادترین شرایط. اگر یک سیاهچاله در حال چرخش باشد، می‌تواند یک افق رویداد دوم هم ایجاد کند که درون نخستین افق رویداد قرار گرفته است. هرچه سیاهچاله سریع‌تر بچرخد، این افق‌های رویداد به یکدیگر نزدیکتر می‌شوند. اگر هم به‌اندازه کافی سریع بچرخد، ریاضیات پیش‌بینی می‌کند که افق رویداد می‌تواند «از بین برود» و این یعنی یک تکینگی برهنه.

گفتنی است تاکنون دانشمندان هیچ سیاهچاله‌ای را شناسایی نکرده‌اند که آنقدر سریع در حال چرخش باشد که بتواند تکینگی خود را در معرض نمایش قرار دهد. البته اگر هم چنین باشد، ما معمولاً راهی برای تعیین اینکه یک جسم اخترفیزیکی تصادفی، سیاهچاله‌ای عادی است یا یک تکینگی برهنه، در اختیار نداریم. درست است که تصویری که توسط تلسکوپ Event Horizon گرفته شده از این قاعده مستثنی است، اما تصاویر زیادی مانند آن نداریم.

در مقاله‌ای که به‌تازگی منتشر شده، یک فیزیکدان نظری این چالش را جدی گرفت و به مطالعه این پرداخت که آیا یک تکینگی برهنه می‌تواند خود را از راه‌های دیگری هم نشان دهد یا نه؛ به‌ویژه اگر توسط یک حلقه احاطه شده باشد. این حلقه که «دیسک تجمعی» نامیده می‌شود، یک ویژگی مشترک در اطراف سیاهچاله‌ها (و تکینگی‌های بالقوه برهنه) است.

هنگامی که گاز و گرد و غبار بر روی یک جرم متراکم و فشرده قرار می‌گیرند، قبل از ریزش به سمت پایین، به شکل یک حلقه صاف در می‌آیند. این دیسک می‌تواند به‌طرز باورنکردنی درخشان باشد که حاکی از وجود یک سیاهچاله است. (در واقع، ما از وجود بیشتر سیاهچاله‌ها در جهان به همین شکل اطلاع پیدا می‌کنیم).

بیشتر مطالعات نظری درباره تکینگی‌های برهنه، فرض را بر این می‌گیرند که این شیء به صورت ایزوله‌شده به بقای خود ادامه می‌دهد که البته این امر در جهان واقعی درست نیست. در مطالعه جدید، این شخص نظریه‌پرداز کل وضعیت پیچیده را مورد بررسی قرار داد و شاهد نتیجه‌ای شگفت‌آور بود.

دیسک تجمعی کاملاً از سیاهچاله (یا تکینگی برهنه) جدا نیست. این دیسک هم جاذبه خاص خود را دارد و می‌تواند جسم فشرده در مرکز را بچرخاند و دچار اعوجاج کند. این اعوجاج به نوبه خود بر محیط گرانشی اطراف جسم تأثیر می‌گذارد و مسیر مواد را به سمت داخل تغییر می‌دهد.

این فیزیکدان دریافت که رفتار تکینگی برهنه نسبت به سیاهچاله‌های طبیعی، اندکی متفاوت است – دیسک تجمعی در اطراف یک تکینگی برهنه می‌تواند بسیار بسیار درخشان‌تر از اطراف سیاهچاله باشد. تاکنون تلسکوپ‌های ما از حساسیت لازم برای تشخیص این تفاوت برخوردار نبوده‌اند. اما ابزار‌های آینده می‌توانند در این زمینه به ما کمک کنند؛ گفته می‌شود که یک نسخه به‌روزشده از تلسکوپ Event Horizon خواهد توانست چنین کاری انجام دهد.

شایان ذکر است که پیدا کردن یک تکینگی برهنه در طبیعت، اکتشافی بزرگ در فیزیک به‌شمار می‌رود. بدین‌ترتیب ما می‌توانیم به مکانی در آسمان اشاره کنیم و مطمئن باشیم قوانین فیزیک در آنجا دچار ازهم‌گسیختگی می‌شوند. مطالعات دقیق‌تر درباره محیط پیرامون تکینگی‌های برهنه، می‌تواند از عمیق‌ترین رمز و راز‌های جهان پرده بردارند.

منبع: ایتنا