نوع و چرخه عمر سیاهچاله های کیهان

دکتر بیژن باران

رمبش سیاهچاله معکوس انفجار مهبانگ است. هاوکینگ

سیاه چاله چیست؟ از کجا آمده؛ به کجا می رود؛ کارش چیست؟ سیاهچاله ناحیه‌ نامریی آسمان است که غالبا در مرکز هر کهکشان با نیروهای دیگر برای نظم ستارگان می باشد. این جسم در فضازمان با چگالی بالا و گرانش زیاد است که عمدتا پس از مهبانگ و رمبش/ فرو ریختن ستاره پدید می آید. در 1967 ویلر، منجم آمریکایی، این واژه را بکار برد؛ در 1971 رصد شد؛ در 2015 روی زمین موج گرانش از تصادم 2سیاهچاله ضبط شد.

برای رصد موج گرانش کیهانی روی زمین 3 لایگو، 2تا در آمریکا، 1 در ایتالیا وجود دارند. چین/ تبت، هند، ژاپن هم دارند می سازند. لایگو رصدخانه تداخل سنجی لیزری موج گرانشی است. برای بار اول امواج گرانشی در 2015 روی زمین از 1 میلیارد سال پیش رصد شدند. یعنی پنجره دوم کنار پرتوهای الکترومغناطیس برای رصد کیهان درست شد.

اکنون نواحی بی نور و حرکت ستارگان را با سیاهچاله ها می توان توضیح داد. رصدخانه ها می توانند امواج گرانشی تصادم سیاهچاله های را ضبط کنند. لایگو تصادم 2سیاهچاله را ضبط کرد. دلایل وحود سیاهچاله بقرار زیرند: 1-در مرکز هر کهکشان ستارگان بدور مرکز نامریی، سیاهچاله می چرخند. 2- موج گرانش تصادم 2سیاهچاله در 2 لایگوی آمریکا رصد شد. 3-عدسیگری سیاهچاله ها نور ستارگان را خم می کنند.

ساختار آن سیاهی تکینگی مرکزی، هاله گاز با افق رویدادی، پرتو پیرامونی، ستارگان پیرامونی ش است. افق رویداد پوسته سیاهچاله است؛ از این پوسته ماده و پرتو نمی‌تواند به فضا به گریزد. در مرکز تکنیگی، ذرات مجازی، کیسه هیدروژن، افت/ فرار ذره، جت یونها دارد. دمای آن با جرمش نسبت وارونه داشته؛ چند میلیاردم کلوین است که برای رصد بسیار سرد است. ولی مانند جسم سیاه در ترمودینامیک تابش هاوکینگ دارد. جسم سیاه یا ایده‌آل نور هر بسامد را جذب کرده؛ هیچ تابشی نداشته؛ سرد است.

سیاهچاله فعال است. پرتو ایکس آن در 8 نقطه فضا رصد شده؛ تصادم آنها موج گرانش می پراکند. تکینگی جرم بینهایت در یک نقطه است. سیاهچاله در پایان ستاره مانند مهبانگ در آغاز کیهان یک تکینگی است. واژه تکنیگی از تک یعنی واحد، پسوند ین مانند سنگین، گی مانند پاکیزگی ساخته شد.

اکنون انسان کجای کیهان ایستاده؟ دموکریتوس یونانی نوشت: کیهان از ذرات ساخته شده. تیلور صاحب نوبل فیزیک 1990 با کشف کوارک رابطه ذرات با 4 نیرو را در مدل استاندارد آغاز کرد. او در مرکز شتابنده/ اتمشکن استانفورد نشان داد: نوترون و پروتون از کوراکها ساخته شده اند. هر کدام مانند مربای بادلنگ/ کوراک می باشد نه یک توپ بیلیارد. واژه کوراک، واحد ماده، از جمله “3کوراک برای ماستر مارک!” در ترحیم فینیگن جیمس جویس آمد. تیلور گفت: “کوراکها و ستارگان اینجا بودند وقتی تو آمدی؛ و آنها اینجا خواهند بود وقتی تو می روی. پس واحد ماده ذره نبوده؛ کوارک است.”

تاکنون کائنات را با موج نور انسان رصد می کرد. بنا به نظریه نسبیت عام آینشتاین موج گرانشی/ جاذبه را هم می توان رصد کرد. لذا فضازمان را تا آغاز رخداد مهبانگ/ بیگ بنگ بیشاز 11 میلیارد سال پیش می توان ردیابی کرد. چرا 2سیاهچاله تصادم می کنند؟ 1- گسترش کیسه مشترک آنها را در مدار دور بهم می رساند. 2- آنها با گسترش شیمی همذات در مدار نزدیک بهم جذب می شوند. تصادم 2ستاره، نتیجه جذب یک ستاره به ستاره کوچکتر، با تبدیل جرم به انرژی گرانش در فضا پخش می شود؛ در بعد رخداد به زمین می رسد. تا 2015 ابزار رصد موج گرانش نبود.

از تصادم 2 سیاهچاله موجهای جاذبه در کائنات پخش شده که اکنون در زمین رصد می شوند. این تصادم اجرام بزرگ، 3برابر خورشید، انرژی جاذبه/ گرانشی پخش کرد. مانند کشف ذرات هیگز، کشف موج جاذبه جایزه نوبل 2017 را گرفت؛ کشف ماده و انرژی تاریک می ماند که 95% کل کیهان با 5% آن مریی است. پرتوهای الکترومغناطیس در بسآمد از گاما تا رادیو هم هستند.

سیاهچاله ها نیم بیلیون سال پس از مهبانگ پیدا شدند. از مهبانگ ببعد، 10بقوه 6 یعنی میکرو ثانیه نوترون و پروتون، چند دقیقه بعد هسته ها، 10بقوه 5 یا 100هزار سال بعد اتمهای هیدروژن، 00امیلیون سال بعد کهکشانها و ستارگان، امیلیارد سال بعد منظومه شمسی، 11 میلیارد سال بعد انسان پیدا شد.

کهکشان راه شیری با 100 میلیارد اجرام سماوی یک سیاهچاله مرکزی دارد. سیاهچاله ها فعال بوده؛ یعنی کوچکترها و ستارگان در میدان گرانش خود را بلعیده؛ پرتو ایکس و گاما داده؛ با دیگران تصادم کرده؛ منفجر هم می شوند.

سیاهچاله ها با گرانش نیرومند فضازمان را پرشکن می کنند. نظریه ریسمان در باره سیاهچاله، انواع دیگر آن را خارج از فیزیک کلاسیک تبیین می کند. سیاهچاله 4نوع است: 1-کلان جرم از 10 بقوه 5 تا 10 برابر جرم خورشید که باندازه 1هزارم تا 400 واحد نجوم است؛ تا 300 تا تخمین زده شده. 2- میانه 1000 برابر جرم خورشید و 6000 کیلومتر یعنی شعاع زمین قطر آن است. 3-ستاره وار 10برابر خورشید بوده؛ قطرش 30 کیلومتراست. کهکشان راه شیری 10 میلیون تا 1میلیارد سیاهچاله ستاره وار- ناشی از فرو ریزش ستاره- دارد. 4- ریز باندازه جرم ماه و 1دهم میلیمتر یا سر سوزن است.

تناقض آینشتاین بین اجرام کلان نجومی در مقابل ریز ذرات را می توان در تئوریهای زیر در باره سیاهچاله خلاصه کرد. خصلت 2 گانه ماده با نسبیت خاص جرم انرژی 1905 اینشتاین، موج با کوانتوم مکانیک، واسطه انرژی تبیین شد.

در 1915فضازمان نسبیت عام آینشتاین موج گرانشی سیاهچاله را نوید داد. در 9751 پرتو هاوکینگ در کنش لبه افق رویداد سیاهچاله با کوانتوم مکانیک، ریاضیات، نسبیت عام و خاص در تئوری همه چیز تبیین شد. بخش مهم نجوم، کیهانشناسی، فیزیک کیهانی ریاضیات است. نیوتون، دیراک، هاوکینیگ- هر 3 کرسی استاد ریاضیات دانشگاه کمبریج، انگلستان داشتند.

هاوکینگ با ریاضیات نشان داد: سیاهچاله ماده را می بلعد؛ پرتو کوانتومی در گرانش عظیم پس می دهد. هر سیاهچاله استوانه ای در مرکز، تکینگی، هاله گاز بدور، افق رویداد دارد که در 2بعد مریی در زمین از معادلات و تصاویر رایانه ای مشتق می شود.

شاید هستی وجود ماده، گاز، پلاسما، پادذره، ماده تاریک باشد؛ نیستی هم خلاء یا نبود ماده است. در هر دو فوتون می گذرد. موج 2میدان عمود بر هم الکتریک و مغناطیس است که از فضا می گذرد. در فضا بخشهای چگالی بالا مانند سیاهچاله ها تیغه نور را خم می کنند. نور از سیاهچاله نگذشته؛ در فضازمان شکندار می گذرد.

شعاع 10 بقوه 25 سال نوری کیهان رصد پذیر است. همه ماده کیهان را 60 ذره بنیادی زیر می سازند: فوتون، پروتون، نوترون، الکترون، دو نوع نوترینو، مزون مو، دو مزون پی، دو ذره کی، ذره لاندا، سه ذره سیگما، دو ذره اکسی، هر یک با پاد ذره و بوزون خود. 6نوع کوارک بالا/ پایین، جادو/افسون، سر/ ته؛ 6 نوع لیپتون، الکترون/الکترون نوترینو، میون/ میون نوترینو، 5نوع بوزون: فوتون، گلوون، 3بوزون، دابلیو بوزون، تاو/ تاو نوترینو، هیگز – این ذرات 4نیروی گرانش، برق، هسته ای ضعیف و قوی را انتقال می دهند.

کیهان مجموعه اجرام سماوی زیر اند که با گسترش شتابنده در حرکت اند. ساختارهای منظومه سیارات، خوشه ستارگان، کهکشانها، ستاره یا خورشید، سحابه های ماده تاریک دارد. ستاره و ابر/ سحابه گازی ست، کامت/ شهاب صخره ای اند. سیاهچاله هسته یونیزه دارد. سیاره می تواند صخره چون مریخ، گاز چون مشتری، قمر چون ماه، کامت یا شهاب باشد.

سیاره و ستاره می تواند بیرونی یا درونی نزدیک به مرکز باشد. نبولا سحابه گازی داغ است که می تواند گرد هم باشد. ستاره در چرخه عمرش می تواند کوتوله قهوه ای، ابرنواختر، کوتوله سفید، سیاهچاله باشد. دور مرکز هر کهکشان هاله گاز وجود دارد. این هاله می تواند کیسه گاز بدور 2گانه سیاهچاله و ستاره باشد.

در کائنات 3نوع موج است: صدا، نور، جاذبه. صدا نیاز به واسطه هوا یا آب دارد. 2دیگر از خلاء یا فضازمان می گذرند. حرکت نور در فضا با دمای نزدیک صفر چگونه است؟ دمای فضا در بخشهای گاز/ سحابه و باد خورشیدی داغ بیش از 10 بقوه 3 تا 6 درجه کلوین است. بخشهای دیگر بنام “پرتو زمینه کیهانی” دما نزدیک 2-3 درجه کالوین یا منهای 455 درجه فارنهایت است. فوتون از هر دو می گذرد. در این گذر فوتون در فضای نزدیک به صفر کلوین هم ذره با تصادم با دیگر ذرات فضا هم موج الکترو مغناطیس در بسآمد از زیر مانند پرتو گاما تا رادیو فرکانس است.

ستاره نوترونی آخرین مرحله عمر چگالترین ستاره سنگین است. اگر جرم این نوع ستاره 3 برابر خورشید باشد؛ رمبش/ فرو خورد کرده؛ یک نقطه /سیاهچاله در فضا می شود. از مواد تبهگین/ دژنره ساخته شده؛ فشار تبهگینی ناشی از نوترونها آن را پایدار کرده؛ جرمش پس از سوختن مواد درون هسته کوتوله سفید می شود.

در هسته خورشيد با فشار بسیار شدید جاذبه در حرارت 100- 10 ميليون درجه کلوین، همجوشی/ گداز هسته ای رخ می دهد. این ستاره 73% هیدروژن 25% هلیوم است. در آن همجوشی 4 هیدروژن یا ایزوتوپهایش دیوتریوم یا تریتیوم با هم ترکیب شده/ چسبیده؛ یک هلیوم و انرژی پرتو گاما تا 14 مگاالکترون ولت می سازد. وقتی ضرب در شمار اتم در 1گرم ماده شود؛ انرژی عظیمی حاصل می شود. یکا/ واحد اندازه‌گیری انرژی با نماد eV برابر انرژی یک الکترون تحت ولتاژ ۱ ولت است.

در این فرآیند کمی جرم به انرژی زیاد تبدیل می شود. گرانش و گداز پرتوزا بوده؛ یعنی نور به بیرون داده؛ در انتها به رمبش/ فروریزش انجامیده؛ جرم آن گاز پلاسما و یونیزه می شود. گداز هیدروژن یک لیتر آب برابر 700 لیتر بنزین است. هر 7 لیتر بنزین در خودرو سوخت برای 100 کیلومتر است. پس 1 لیتر آب سوخت 1سال خودرو یعنی 10000کیلومتر می شود.

در زمين چنين فشار عظيم همجوشی ناممکن است. هيچ ماده ای تاب تماس مستقيم با حرارت میلیون درجه را ندارد. گداز، يک گاز داغ يا پلاسما در ميدان مغناطيسی را چلانده به شکل تيوب می کند. دما پلاسمای درون خورشید 100 میلیون درجه کلوین، سن خورشید 4.5 میلیارد سال است. فرانسه 1دهه است که روی نیروگاه همجوشی کار می کند.

نور سفید خورشید در پگاه و غروب که آفتاب پایین افق از جو ضخیمتر یعنی مولکولهای بیشتر می گذرد؛ رنگ آبی و بنفش نور را از چشم ناظر دفلکت/ دور کرده؛ طیف نارنجی غلبه می کند. نزدیک صفر درجه کلوین صفر مطلق نام دارد. انرژی فوتون مستقل از دمای فضا است. فوتون در خلاء با سرعت نور می رود. بنا به نسبیت عام گرانش روی فوتون با پدیده عدسیگری اثر گذار است. پس فوتون ماده است که رفتار موج هم دارد. بنا به کوانتوم ذره فوتون می تواند رفتار موج یا پکیج/ سبد انرژی هم داشته باشد.

نور خورشید از فضا- چه داغ چه سرد- به زمین می گذرد. در هوای ابری موج نور بصورت مادون قرمز و ماورای بنفش به زمین می رسد. پس فوتون از هستی یا مولکولهای ابر/ آب با کمی افت در تعداد گذشته؛ از نیستی یا خلاء هم گذشته؛ به زمین نه به رنگ سفید یا کل طیف 7رنگ با بسآمدهای 4 تا 7 نانومتر بنفش تا نارنجی نور بلکه خاکستری یا دفیوز می رسد. برخی ذرات فوتون با ابر برخورد کرده؛ نور سفید تبدیل به دفیوز/ پراکنده می شود.

کنشهای هسته ای همجوش اتمهای سبک، شکافت اتمهای سنگین، تباهی پرتوزا عناصر ناپایدار با ذرات گاما، الفا، بتا اند. در فرایند شکافت یک اتم سنگین مانند اورانیوم به دو اتم سبکتر تبدیل می‌شود. وقتی هسته‌ای با عدد اتمی زیاد شکافته شود، بنا به تئوری نسبیت خاص آینشتاین، کمی از جرم آن به انرژی تبدیل می‌شود. واپاشی پرتوزا تجزیه فوری اتم‌های هسته‌های مشخص به هسته‌های جدید است. این تجزیه یا پایدار بوده یا با تجزیه بیشتر تا پیدایش هسته پایدار می رود.

کِرم‌چاله تونل میانبر فرضی در فضازمان بین مبدا و مقصد است؛ بُعد فضازمان را شکسته؛ تونلی ایجاد کرده که سرعت یک ماده در آن از سرعت نور بیشتر خواهد شد. نیز کرم‌چاله‌ بعد و ساختار فضا را نیز شکافته؛ آن را جمع می‌کند. این باعث کوتاه شدن مسافت بین دو نقطه در فضا می‌شود.

شناخت کیهان با چرخه زایش و میرش ستارگان اشکالات زیر را دارد:

1-نجوم می نمایاند آنچه درک می شود؛ تنها 5-7% کل جرم و انرژی کیهان است.

2-ستارگان، سیاهچاله ها، کهکشانها را نمی توان 3بعدی نشان داد.

3-گسترش مهبانگ را نمی توان نشان داد چون نمی توان بیرون از کیهان بود.

4-کیهان نقطه ای، لبه ای، مرکزی ارجح نداشته؛ گسترش شتابنده دارد.

در نجوم شغلها فراوان اند: راستآزمایی، مشاهده و رصد، ابزارگری، آزمایش، تصدیق، تئوری/ نظریه، آموزش/ گزارش، ریاضیات، فرضیه/ گمانیک. روی زمین 1میلیون و در آمریکا 100 هزار فیزیکدان در 2018 کار می کنند. علوم فضایی سده 21 بقرار زیرند:

نجوم: رشته علم بررسی مشاهده، حسگری، تحلیل اجرام سماوی، فضا، کل کیهان مادی است. با ابزار زمینی، تلسکوپ فضایی، ریاضیات اجرام فضا کشف و فهمیده می شوند. ریاضیات مهمترین ابزار کاووش کیهان است. هر ستاره قطر، رنگ/دما، نور، فاصله از هم و از زمین دارد.

کیهانشناسی: رشته علم منشاء و تکامل آغاز، میانه، پایان کیهان است. تئوری مهبانگ دربرگیرنده مشاهدات نجوم و فیزیک ذرات است.

فیزیک کیهان: رشته نجوم در باره جوهر ستارگان و دیگر اجرام سماوی است. قوانین و تئوریهای فیزیک و شیمی در فهم اجرام ستاره وار، مشاهدات نجومی، نیروهای کیهان و کوانتوم مکانیک کاربرد دارند. طیف نور – رنگها بیانگر عناصر شیمی در اجرام سماوی اند.

نظاره ستارگان مانند ورق زدن آلبوم عکس خانوادگی است. نور کنونی ستارگان از زمانهانی دور بوده؛ لذا آنها مانند اعضای خانواده فوت شده؛ تغییر مکان داده؛ پیر شده اند. عهد خیام ساعت و گردش زمین بدور خورشید دانسته نبود. آتشبازی شبانه عهد او با نبود باروت موجود در چین نظاره ستارگان بود.

ایجاد تقویم جلالی با مشاهدات، مثلثات، جدول محاسبات بدون دانش گردش بیضوی زمین بدور خورشید نشان داد که راهکار موازی برای محاسبه طول سال شمسی وجود دارد. تقسیم 360 درجه دید آسمان به 12 برج یا ماه و عدد 30 برای روزهای ماه گام مهمی بود. صور/ بروج فلکی در عیلام 1300 سال پیش از میلاد با دیدن الگوی ثابت ستارگان آسمان شب، از فروردین تا اسفند نام گذاری شدند: حمل، ثور، جوزا؛ سرطان، اسد، سنبله؛ میزان، عقرب، قوس؛ جدی، دلو، حوت. این نامهای عربی را افغانها هنوز بکار می برند. اصطلاح “قمر در عقرب” یعنی ماه در برج آبان 2-3روز در ماه قمری، امروزه “هوا پس است” معنی می دهد که باید احتیاط کرد.

الگوهای صور فلکی و مدار چند سیاره ناهید، مریخ، زحل، مشتری، قمر ماه هر شب نظاره می شدند. حضور آنها در هرم دید ناظر با زندگی بشر روی زمین، نیاز به پیش بینی آینده برای امور مهم، ساعت نحس و سعد برای انجام کاری در ذهن ناظر ربط پیدا کردند. آنها نجوم آسمان را به طالع، رمل، اسطرلاب زمین نزدیک کردند. ساعت تا عصر مدرن سایه سنگ، بطری شنی، هندسه ستارگان بود. ساعت برای وقتشناسی 3 نوع است: سنگی، مکانیکی با چرخ و دنده و صفحه مدرج 1تا 12 با دقیقه و ثانیه شمار شبانه روز، اتمی در نیمه 2م سده 20.

تقویم با رصد سیارات، ماه، خورشید، فصول، تکرار سال، نیاز به وقت کاشتن، دانش آب و هوا آفریده شد. دولتهای بزرگ چین، هند، ایران، مصر، روم، مایان برای امور دیوانی و کشاورزی نیاز به گاهشمار داشتند. تقویم 2نوع بود: قمری با رویت ماه و خورشیدی با فصول. هندسه مصر با هرم، مربع مزرعه های کناره های طغیانی نیل تا معماری یونان را تالس و اقلیدس تنظیم کردند. نبود عینک تا عصر چاپ سده 13 م برای دانشمندان پیر مسئله ساز بود.

آکادمی افلاطون استاد در 387 ق.م. باز شد؛ لیسه ارسطو شاگردش و بانی فلسفه مشایی/ راه رو در 331 ق.م. باز شد. او زمین را مرکز جهان انگاشته؛ 4عنصر باد، آب، آتش، خاک و عنصر 5 اثیر- ماده سازنده ستارگان- را در دایره المعارف خود آورد. در عهد خیام متوفی 526 ه.ق. رصد ستارگان مثلث سازی 3راس ناظر، سیاره، ستاره با مشاهدات در برجهای سوراخ دار بود.

خیام از جبر خوارزمی متوفی 235 ه.ق. و مثلثات ابوالوفا متوفی 388 ه.ق. برای محاسبه فاصله ها و ارتفاع با دانستن زاویه بین 2ضلع مثلث آگاهی داشت. او شمار روزهای سال، تقسیم سال به ماهها، شمار روزها، ساعات، دقایق، ثانیه ها در ماه مهم ند. دایره با پیرامون 360درجه، عدد ثابت پی یعنی پیرامون تقسیم بر قطر- چه با اندازه گیری چه با محاسبه- در تعیین مدارات اجرام سماوی مهم ند.

اختراع چرخ در تمدن آغاز کاربرد دایره یا گوی میوه در گاری، سنگ آسیاب، ابزار مدور شد. دایره تجرید تکرار ادوار در بعد زمان شد. با پیدایش تقویم، سن های چند سد ساله انسانهای اساطیری واقعی شدند. دیگر ضحاک عمر 1000 ساله نداشته؛ شاهان عمر طبیعی در تاریخ یافتند. با پیدایش تاریخنگاری معجزات زبدگان هم ناپدید شدند.

علی بن زیاد تمیمی در ۱۷۰ ه.ق کتاب پهلوی “زیک شترایار” از 631 م عهد ساسانی به عربی ترجمه کرد. در این زیج مبدا شبانه روز نیمه شب است. واژه زیج از فارسی به عربی وارد شد؛ معنی جدول می دهد. در فارسی زیک بمعنی تار، رشته، زه کمان است. خطهای جدول نجومی مانند تارهای بافندگی است.

منابع. ‏2018‏/02‏/27

https://www.youtube.com/watch?v=RzZgFKoIfQI LIGO Gravitational Wave Observatory

www.hartnell.edu/sites/default/files/u274/freedman_hawking-astro_talk.pptx Mar 11, 2017

bigbang.physics.tamu.edu/Lectures/Chapter17.ppt May 4, 2017

https://ibphysicsnotes.wordpress.com/optiondcore/

https://www.space.com/15421-black-holes-facts-formation-discovery-sdcmp.html

https://www.quantamagazine.org/colliding-black-holes-tell-new-story-of-stars-20160906/

https://fa.wikipedia.org/wiki/سیاهچاله

https://www.youtube.com/watch?v=RzZgFKoIfQI LIGO Gravitational Wave Observatory

http://www.iranicaonline.org/articles/astrology-and-astronomy-in-iran-

هاوکینگ 1988 تاریخچه مختصر زمان.

لایگو: رصدخانه تداخل سنج لیزری موج گرانشی LIGO Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory