04-27-2014, 12:33 AM
(آخرین تغییر در ارسال: 04-27-2014, 03:35 PM توسط bigstar344.)
سیاهچاله
سیاه چاله، سیاهچال Black hole
فرض کنید جرم ستاره ای درحدود 20 برابر جرم خورشید باشد بعد از طی مراحل تکامل وانفجار بصورت ابرنواختری, اگر جرم ستاره باقی مانده به سه برابر خورشید برسد از آنجاییکه این جرم برای تبدیل به ستاره نوترونی شدن زیاداست ستاره بطور کامل متراکم شده و به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد.برطبق قوانین فیزیک واستنتاج منطقی عاقبت کار یکتایی (Singularity) خواهد بود.یکتایی نقطه ای که شعاع آن صفر وچگالی آن بینهایت خواهد بود.هر چه به این جرم نزدیکتر شویم سرعت فرار از آن بیشتر خواهد شد و در فاصله ای که بانام شعاع شوارزشیلد شناخته میشود سرعت فرار از چنین جرمی با سرعت نور برابر می شود.اندازه این شعاع ویژه به جرم ستاره بستگی مستقیم دارد برای ستاره ای با جرم خورشید مقدار آن 3 کیلومتر است این بدان معناست برای اینکه خورشید به یک سیاه چاله تبدیل شود باید قطر آن به 3 کیلومتر کاهش بیابد.اگر کره ای با شعاع شوارزشیلد حول نقطه مرکزی رسم کنیم (نام این کره افق رویداد(Event horizon )می باشد)درون این کره سرعت فرار از سرعت نور بیشتر خواهد بود و از آنجاییکه هیچ جسمی توانایی حرکت باسرعت بیشتر از سرعت نور را ندارد ، هیچ جسمی توانایی گریز از این منطقه را ندارد.برطبق روابط فیزیکی معمول هیچ خبری از درون این کره در دسترس نمی باشد و نیروهای شدید کشندی درون این محیط موجب انفجار و از هم گسیختگی هر جسمی که به آن نزدیک شود می گردد.
برطبق نسبیت عام فضای اطراف افق رویداد به شدت تاب برمی دارد.مقدار تاب برداشتن به جرم سیاهچاله بستگی دارد وهر جرم بیشتر باشد مقدار آن بیشتر خواهد بود.از آنجاییکه سیاه چاله هیچ نوری از خود بیرون نمی دهد تنها براساس همین تغییر فضای اطراف آن است که ما می توانیم وجود آنرا بطور غیرمستقیم ردیابی کنیم.درواقع مابا مشاهده اثر آن بر مواد بیرون از افق رویداد میتوانیم تاحدودی آنرا تشخیص دهیم.سیاهچاله مواداطراف خود را به شدت جذب می کند واین مواد جذبی قبل از برخورد با آن به دلیل سرعت سقوط فوق العاده زیاد پرتوهای ایکس گاما و امواج رادیویی گسیل می کنند.
سیاهچاله هایی که در یک دستگاه دوتایی قرار دارند از گازهای ستاره همدم خود گازدریافت می کنند واین گاز با نزدیک شدن به افق رویداد دراثر نیروهای شدید گرانشی گرم شده وشروع به تابش اشعه ایکس می کنند پس یک راه برای تشخیص سیاهچاله ها جستجوبرای یافتن ستاره های دوتایی است که منبع قوی امواج اشعه ایکس باشند.موادی که از ستاره همدم می آیند بطور مستقیم برسطح سیاهچاله سقوط نمی کنند بلکه ابتداتشکیل یک قرص برافزایشی می دهند مواد درون این قرص با حرکت سریع ومارپیچی به سیاهچاله نزدیک شده وبه مرور زمان میسوزند.عکسهای گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل در مواردبسیار زیادی نشاندهنده این قرص می باشد.
این گمان وجود دارد که در مرکز کهکشانها سیاهچاله های ابر سنگین وجود داشته باشد.از جمله در کهکشان خودمان.نحوه حرکت ابرهای گازی وشدت پرتوهای ارسالی از مرکز کهکشان خودمان از دلایل وجود چنین سیاهچاله ای می باشد. بررسی سرعت ستاره*های نزدیک به مرکز کهکشان راه شیری که امروزه توسط تلسکوپ*هابل قابل انجام است، بیانگر این واقعیت است که جرم هسته کهکشان بسیار بزرگ بوده که در یک ناحیه کوچک قرار دارد این نمونه می*تواند وجود سیاهچاله در مرکز کهکشان*ها را مورد تایید قرار دهد. همچنین مشاهده اشعه گاما متغییر را می*توان به عنوان شاهدی دال بر قبول سیاهچاله ابرجرم*دار در مرکز کهکشان*ها دانست. اخیرا" وجود سیاهچاله در مرکز کهشکان M87 نیز مورد قبول منجمین قرار گرفته است.
چگالی متوسط یک سیاهچاله متناسب با عکس مربع جرم آن است. برای یک سیاهچاله در حد جرم خورشید چگالی ده میلیون تن در سانتی مترمکعب بدست می*آید که چهل برابر چگال*تر از مواد هسته*ای است . در صورتی که برای یک سیاهچاله با جرم صد میلیون برابر جرم خورشید چگالی یک گرم در سانتی مترمکعب محاسبه می*شود که برابر چگالی آب است. بنابراین شرایطی که می*تواند یک سیاهچاله کوچک ایجاد گردد بسیار سخت تر از شرایطی است که یک سیاهچاله بزرگ می*تواند تولید شود.
بطورکلی سیاهچاله ها به سه گروه تقسیم می شوند:
سیاهچاله*های ستاره*ای (Stellar Black Holes )
این دسته از سیاهچاله*ها معمولا" از رمبش ستارگان بوجود آمده و جرم آنها بین 3 تا 100 برابر جرم خورشید است. بهترین کاندید برای مشاهده این دسته از سیاهچاله*ها، سیستم*های دوتایی منبع اشعه X است که یکی از دو شی مشاهده نمی*شود. این دسته از سیستم*های نجومی *از خود اشعه X تشعشع می*کنند که از اوایل دهه 1970 مورد توجه قرار گرفتند.
اولین دوتایی کاندید از این گروه، Cygnus X-1 است که ستاره اپتیکی دوتایی یک ابرغول آبی است که جرم آن حدود 20 برابر جرم خورشید است و دور زوج نامرئی خود که جرم آن در حدود 40 برابر جرم خورشید است با پریود 6/5 روز می*چرخد. فاصله آن از ما در حدود 2/2 کیلو پارسک است . در این سیستم دوتایی، جرم از ستاره قابل رویت دوتایی به درون سیاهچاله وارد می*شود ولی به دلیل سرعت زاویه*ای، این جرم به صورت شعاعی وارد سیاهچاله نشده بلکه گازها تشکیل یک دیسک داده که آنرا قرص برافزایشی (accretion disk) گویند.
دو دسته اشعه در طیف تابش این سیستم دوتایی که از قرص برافزایشی تابش می*گردد دیده می*شود که یکی از این دو، تابش جسم سیاه با دمای 31000K بوده و دسته دوم اشعه X سخت تا انرژی 150K است . در واقع طیف این دسته دوم اشعه که تا انرژی 150Kev را هم داراست شاهدی بر وجود سیاهچاله بعنوان زوج نامرئی این دوتایی است. البته اگر این زوج ستاره نوترونی هم باشد اشعه X تولید می*شود ولی نشان داده شده است که در این صورت اشعه X دارای انرژی حدود100K نخواهد بود . اخیرا" اشعه گاما پرانرژی هم برای این دوتایی مشاهده شده است که بر سیاهچاله بودن شی غیرقابل رویت این دوتایی تاکید می*کند. تا کنون تعداد زیادی از این سیستم*های دوتایی که می*تواند شاهد وجود سیاهچاله باشد کشف شده است و امروزه یکی از زمینه*های مشاهده*ای کشف و بررسی این گونه دوتایی*هاست.
2-سیاهچاله*های ابرجرم دار (Supermassive Black Holes )
جرم اینگونه سیاهچاله بین یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید است. اینگونه سیاهچاله*ها در مرکز کهکشان*ها از جمله کهکشان راه شیری قرار دارند. شدت تابش از مرکز کهکشان*های فعال که می*تواند به خاطر ورود جرم به مرکز کهکشان باشد و کوچک بودن اندازه هسته این کهکشان*ها بیانگر وجود سیاهچاله ابرجرم دار در مرکز آنهاست.
3- سیاهچاله*ها با جرم متوسط
شکاف بین جرم سیاهچاله*های معمولی (3 تا 100 برابر جرم خورشید) و سیاهچاله*های ابرجرم*دار (با جرم یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید) منجمین را بر آن داشت که به دنبال سیاهچاله*هایی با جرم(با جرم 100 تا 100هزار برابر جرم خورشید) هم باشند. این گونه سیاهچاله*ها می*توانند در مرکز خوشه*های ستاره*ای در نزدیکی مرکز کهکشان*ها وجود داشته باشند. به دو روش می*توان به دنبال شواهد تجربی برای این دسته از سیاهچاله*ها بود. یکی از روش*های مشاهده*ای این گونه سیاهچاله*ها یافتن منابع اشعه با شدت زیاد است. اخیرا" منابعی از اشعه X با این محدوده شدت با طیف انرژی چند ده الکترون ولت در مرکز خوشه*های ستاره*ای مشاهده شده است. این دسته از منابع اشعه به منبع فوق درخشان پرتو ایکس یا Ultraluminous X-ray source (ULXs)مشهور هستند.
کلمه سیاهچاله از اینجا گرفته شده که هیچ پرتوی الکترومغناطیسی نمی تواند از آن ساطع شود درنتیجه سیاه دیده میشود.
منبع: با اقتباس از مقاله ای از دکتردهقانی از دانشگاه شیراز
در سایت زیر مطلبی درباره اندازه گیری جرم سیاهچاله ها آورده شده است.
روشی نوین برای اندازه گیری جرم سیاه چاله ها
nojumnews.irپرسش وپاسخی درباره سیاهچاله ها از سایت
آیا سیاهچاله همیشه سیاهچاله باقی می*ماند، یا به چیز دیگری تبدیل می*شود؟
جسمی که سیاهچاله شد، دیگر تا ابد سیاهچاله خواهد بود. تنها تغییر مهمی که می*تواند در سیاهچاله رخ بدهد، افزایش یافتن جرم آن بر اثر بلعیدن مواد مختلف است (شاید از ستاره*ی نزدیکش، یا از گازهای مرکز کهکشان و یا فضانورد بخت*برگشته*ای که زیادی به آن نزدیک شده است!).
از دید نظری، سیاهچاله می*تواند تبخیر شود. این موضوعی است که نخستین بار استفان هاوکینگ به آن پی برد. پدیده*هایی در عرصه*ی مکانیک کوانتومی وجود دارند که می*توانند باعث شوند که سیاهچاله پرتوهایی از خود گسیل کند. همین موضوع باعث می*شود که سیاهچاله انرژی از دست بدهد و بنابر فرضیه*ی اینشتین، از دست دادن انرژی معادل است با کاهش جرم.
پس سیاهچاله می*تواند لاغر هم بشود. البته این تابش هاوکینگ بسیار ضعیف است. به عنوان مثال، سیاهچاله*ای که به اندازه*ی خورشید جرم داشته باشد، 1067 سال طول می*کشد تا تبخیر شود. این مقدار بسیار بیشتر از عمر کنونی عالم است. تازه، سیاهچاله*های سنگین*تر، بسیار دیرتر از این تبخیر خواهند شد. سیاهچاله*ی مرکزی کهکشان ما، که بین 3 تا 4 میلیون برابر خورشید جرم دارد، بیشتر از یک میلیارد میلیارد برابر دیرتر تبخیر می*شود.
سیاه چاله، سیاهچال Black hole
فرض کنید جرم ستاره ای درحدود 20 برابر جرم خورشید باشد بعد از طی مراحل تکامل وانفجار بصورت ابرنواختری, اگر جرم ستاره باقی مانده به سه برابر خورشید برسد از آنجاییکه این جرم برای تبدیل به ستاره نوترونی شدن زیاداست ستاره بطور کامل متراکم شده و به یک سیاهچاله تبدیل خواهد شد.برطبق قوانین فیزیک واستنتاج منطقی عاقبت کار یکتایی (Singularity) خواهد بود.یکتایی نقطه ای که شعاع آن صفر وچگالی آن بینهایت خواهد بود.هر چه به این جرم نزدیکتر شویم سرعت فرار از آن بیشتر خواهد شد و در فاصله ای که بانام شعاع شوارزشیلد شناخته میشود سرعت فرار از چنین جرمی با سرعت نور برابر می شود.اندازه این شعاع ویژه به جرم ستاره بستگی مستقیم دارد برای ستاره ای با جرم خورشید مقدار آن 3 کیلومتر است این بدان معناست برای اینکه خورشید به یک سیاه چاله تبدیل شود باید قطر آن به 3 کیلومتر کاهش بیابد.اگر کره ای با شعاع شوارزشیلد حول نقطه مرکزی رسم کنیم (نام این کره افق رویداد(Event horizon )می باشد)درون این کره سرعت فرار از سرعت نور بیشتر خواهد بود و از آنجاییکه هیچ جسمی توانایی حرکت باسرعت بیشتر از سرعت نور را ندارد ، هیچ جسمی توانایی گریز از این منطقه را ندارد.برطبق روابط فیزیکی معمول هیچ خبری از درون این کره در دسترس نمی باشد و نیروهای شدید کشندی درون این محیط موجب انفجار و از هم گسیختگی هر جسمی که به آن نزدیک شود می گردد.
برطبق نسبیت عام فضای اطراف افق رویداد به شدت تاب برمی دارد.مقدار تاب برداشتن به جرم سیاهچاله بستگی دارد وهر جرم بیشتر باشد مقدار آن بیشتر خواهد بود.از آنجاییکه سیاه چاله هیچ نوری از خود بیرون نمی دهد تنها براساس همین تغییر فضای اطراف آن است که ما می توانیم وجود آنرا بطور غیرمستقیم ردیابی کنیم.درواقع مابا مشاهده اثر آن بر مواد بیرون از افق رویداد میتوانیم تاحدودی آنرا تشخیص دهیم.سیاهچاله مواداطراف خود را به شدت جذب می کند واین مواد جذبی قبل از برخورد با آن به دلیل سرعت سقوط فوق العاده زیاد پرتوهای ایکس گاما و امواج رادیویی گسیل می کنند.
سیاهچاله هایی که در یک دستگاه دوتایی قرار دارند از گازهای ستاره همدم خود گازدریافت می کنند واین گاز با نزدیک شدن به افق رویداد دراثر نیروهای شدید گرانشی گرم شده وشروع به تابش اشعه ایکس می کنند پس یک راه برای تشخیص سیاهچاله ها جستجوبرای یافتن ستاره های دوتایی است که منبع قوی امواج اشعه ایکس باشند.موادی که از ستاره همدم می آیند بطور مستقیم برسطح سیاهچاله سقوط نمی کنند بلکه ابتداتشکیل یک قرص برافزایشی می دهند مواد درون این قرص با حرکت سریع ومارپیچی به سیاهچاله نزدیک شده وبه مرور زمان میسوزند.عکسهای گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی هابل در مواردبسیار زیادی نشاندهنده این قرص می باشد.
این گمان وجود دارد که در مرکز کهکشانها سیاهچاله های ابر سنگین وجود داشته باشد.از جمله در کهکشان خودمان.نحوه حرکت ابرهای گازی وشدت پرتوهای ارسالی از مرکز کهکشان خودمان از دلایل وجود چنین سیاهچاله ای می باشد. بررسی سرعت ستاره*های نزدیک به مرکز کهکشان راه شیری که امروزه توسط تلسکوپ*هابل قابل انجام است، بیانگر این واقعیت است که جرم هسته کهکشان بسیار بزرگ بوده که در یک ناحیه کوچک قرار دارد این نمونه می*تواند وجود سیاهچاله در مرکز کهکشان*ها را مورد تایید قرار دهد. همچنین مشاهده اشعه گاما متغییر را می*توان به عنوان شاهدی دال بر قبول سیاهچاله ابرجرم*دار در مرکز کهکشان*ها دانست. اخیرا" وجود سیاهچاله در مرکز کهشکان M87 نیز مورد قبول منجمین قرار گرفته است.
چگالی متوسط یک سیاهچاله متناسب با عکس مربع جرم آن است. برای یک سیاهچاله در حد جرم خورشید چگالی ده میلیون تن در سانتی مترمکعب بدست می*آید که چهل برابر چگال*تر از مواد هسته*ای است . در صورتی که برای یک سیاهچاله با جرم صد میلیون برابر جرم خورشید چگالی یک گرم در سانتی مترمکعب محاسبه می*شود که برابر چگالی آب است. بنابراین شرایطی که می*تواند یک سیاهچاله کوچک ایجاد گردد بسیار سخت تر از شرایطی است که یک سیاهچاله بزرگ می*تواند تولید شود.
بطورکلی سیاهچاله ها به سه گروه تقسیم می شوند:
سیاهچاله*های ستاره*ای (Stellar Black Holes )
این دسته از سیاهچاله*ها معمولا" از رمبش ستارگان بوجود آمده و جرم آنها بین 3 تا 100 برابر جرم خورشید است. بهترین کاندید برای مشاهده این دسته از سیاهچاله*ها، سیستم*های دوتایی منبع اشعه X است که یکی از دو شی مشاهده نمی*شود. این دسته از سیستم*های نجومی *از خود اشعه X تشعشع می*کنند که از اوایل دهه 1970 مورد توجه قرار گرفتند.
اولین دوتایی کاندید از این گروه، Cygnus X-1 است که ستاره اپتیکی دوتایی یک ابرغول آبی است که جرم آن حدود 20 برابر جرم خورشید است و دور زوج نامرئی خود که جرم آن در حدود 40 برابر جرم خورشید است با پریود 6/5 روز می*چرخد. فاصله آن از ما در حدود 2/2 کیلو پارسک است . در این سیستم دوتایی، جرم از ستاره قابل رویت دوتایی به درون سیاهچاله وارد می*شود ولی به دلیل سرعت زاویه*ای، این جرم به صورت شعاعی وارد سیاهچاله نشده بلکه گازها تشکیل یک دیسک داده که آنرا قرص برافزایشی (accretion disk) گویند.
دو دسته اشعه در طیف تابش این سیستم دوتایی که از قرص برافزایشی تابش می*گردد دیده می*شود که یکی از این دو، تابش جسم سیاه با دمای 31000K بوده و دسته دوم اشعه X سخت تا انرژی 150K است . در واقع طیف این دسته دوم اشعه که تا انرژی 150Kev را هم داراست شاهدی بر وجود سیاهچاله بعنوان زوج نامرئی این دوتایی است. البته اگر این زوج ستاره نوترونی هم باشد اشعه X تولید می*شود ولی نشان داده شده است که در این صورت اشعه X دارای انرژی حدود100K نخواهد بود . اخیرا" اشعه گاما پرانرژی هم برای این دوتایی مشاهده شده است که بر سیاهچاله بودن شی غیرقابل رویت این دوتایی تاکید می*کند. تا کنون تعداد زیادی از این سیستم*های دوتایی که می*تواند شاهد وجود سیاهچاله باشد کشف شده است و امروزه یکی از زمینه*های مشاهده*ای کشف و بررسی این گونه دوتایی*هاست.
2-سیاهچاله*های ابرجرم دار (Supermassive Black Holes )
جرم اینگونه سیاهچاله بین یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید است. اینگونه سیاهچاله*ها در مرکز کهکشان*ها از جمله کهکشان راه شیری قرار دارند. شدت تابش از مرکز کهکشان*های فعال که می*تواند به خاطر ورود جرم به مرکز کهکشان باشد و کوچک بودن اندازه هسته این کهکشان*ها بیانگر وجود سیاهچاله ابرجرم دار در مرکز آنهاست.
3- سیاهچاله*ها با جرم متوسط
شکاف بین جرم سیاهچاله*های معمولی (3 تا 100 برابر جرم خورشید) و سیاهچاله*های ابرجرم*دار (با جرم یک میلیون تا ده هزار میلیون برابر جرم خورشید) منجمین را بر آن داشت که به دنبال سیاهچاله*هایی با جرم(با جرم 100 تا 100هزار برابر جرم خورشید) هم باشند. این گونه سیاهچاله*ها می*توانند در مرکز خوشه*های ستاره*ای در نزدیکی مرکز کهکشان*ها وجود داشته باشند. به دو روش می*توان به دنبال شواهد تجربی برای این دسته از سیاهچاله*ها بود. یکی از روش*های مشاهده*ای این گونه سیاهچاله*ها یافتن منابع اشعه با شدت زیاد است. اخیرا" منابعی از اشعه X با این محدوده شدت با طیف انرژی چند ده الکترون ولت در مرکز خوشه*های ستاره*ای مشاهده شده است. این دسته از منابع اشعه به منبع فوق درخشان پرتو ایکس یا Ultraluminous X-ray source (ULXs)مشهور هستند.
کلمه سیاهچاله از اینجا گرفته شده که هیچ پرتوی الکترومغناطیسی نمی تواند از آن ساطع شود درنتیجه سیاه دیده میشود.
منبع: با اقتباس از مقاله ای از دکتردهقانی از دانشگاه شیراز
در سایت زیر مطلبی درباره اندازه گیری جرم سیاهچاله ها آورده شده است.
روشی نوین برای اندازه گیری جرم سیاه چاله ها
nojumnews.irپرسش وپاسخی درباره سیاهچاله ها از سایت
آیا سیاهچاله همیشه سیاهچاله باقی می*ماند، یا به چیز دیگری تبدیل می*شود؟
جسمی که سیاهچاله شد، دیگر تا ابد سیاهچاله خواهد بود. تنها تغییر مهمی که می*تواند در سیاهچاله رخ بدهد، افزایش یافتن جرم آن بر اثر بلعیدن مواد مختلف است (شاید از ستاره*ی نزدیکش، یا از گازهای مرکز کهکشان و یا فضانورد بخت*برگشته*ای که زیادی به آن نزدیک شده است!).
از دید نظری، سیاهچاله می*تواند تبخیر شود. این موضوعی است که نخستین بار استفان هاوکینگ به آن پی برد. پدیده*هایی در عرصه*ی مکانیک کوانتومی وجود دارند که می*توانند باعث شوند که سیاهچاله پرتوهایی از خود گسیل کند. همین موضوع باعث می*شود که سیاهچاله انرژی از دست بدهد و بنابر فرضیه*ی اینشتین، از دست دادن انرژی معادل است با کاهش جرم.
پس سیاهچاله می*تواند لاغر هم بشود. البته این تابش هاوکینگ بسیار ضعیف است. به عنوان مثال، سیاهچاله*ای که به اندازه*ی خورشید جرم داشته باشد، 1067 سال طول می*کشد تا تبخیر شود. این مقدار بسیار بیشتر از عمر کنونی عالم است. تازه، سیاهچاله*های سنگین*تر، بسیار دیرتر از این تبخیر خواهند شد. سیاهچاله*ی مرکزی کهکشان ما، که بین 3 تا 4 میلیون برابر خورشید جرم دارد، بیشتر از یک میلیارد میلیارد برابر دیرتر تبخیر می*شود.