سیاه چاله ها چقدر سرد هستند؟
امروز می خواهیم یک بحث بسیار خیالی داشته باشیم. ما میخواهیم سعی کنیم آن را توضیح دهیم و شما بایستی سعی کنید تا آن را بفهمید. اما فقط استیون هاوکینگ خواهد بود که واقعا و به درستی درک می کند که چه اتفاقی در حال رخ دادن است. اما مشکلی نیست، قطعا هاوکینگ قدردان ما خواهد بود که به سختی سعی می کنیم تمرکزمان را حول این موضوع توهم زا نگه داریم!
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : پنج شنبه 1396/12/03 ساعت 09:56
زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
به گزارش بیگ بنگ، حالا اجازه دهید به موضوع اصلی یعنی سیاهچاله ها بپردازیم. اما این بار می خواهیم درجه حرارت آن ها را پیدا کنیم. هر نظریه ای که می گوید سیاه چاله ها دما دارند باعث خراب شدن تصورات ما می شود. منظور این است که چطور چیزی که تمام ماده و انرژی را به درون خود می کشد می تواند دما داشته باشد. هنگامی که شما گرمای یک بخاری داغ را احساس می کنید، در واقع تابش مادون قرمز فوتون های آن از طرف آتش و سنگ یا فلز اطراف آن را احساس می کنید. اما سیاهچاله ها تمام انرژی که به داخل آن ها می افتد را جذب می کنند. به طور قطع هیچ تابش مادون قرمزی که از جانب سیاهچاله بیرون بیاید، وجود ندارد. همین طور نه اشعه گاما و نه امواج رادیویی. هیچ چیزی بیرون نمی آید.
با این وجود، سیاهچاله های عظیم، زمانی که تبدیل به اختروش می شوند، می توانند با انرژی معادل میلیاردها ستاره درخشش کنند. زمانی که آن ها بصورت فعال از ستاره ها و ابرهای گرد و غبار اطراف خود تغذیه می کنند، این مواد بصورت یک دیسک پیوسته در اطراف سیاه چاله با چنان چگالی انباشته می شوند که گویی رفتار آن مانند مرکز یک ستاره می باشد و تحت واکنش گداخت هسته ای قرار می گیرد.
اما این دمایی نیست که ما راجع به آن صحبت می کنیم. ما راجع به دمای افق رویداد سیاه چاله ها هنگامی که هیچ چیزی را جذب نمی کند صحبت می کنیم. دمای سیاه چاله ها به مفهوم تابش هاوکینگ مربوط می شود. نظریه ای که می گوید در طول دوره های زمانی طولانی، سیاهچاله ها ذراتی مجازی را درست در لبه افق رویداد تولید می کنند. متداول ترین نوع ذرات فوتون ها هستند که به عنوان روشنایی یا گرما نیز شناخته می شوند. بطور معمول این ذرات مجازی قادر هستند ترکیب شده و سپس در زمان بسیار ناچیزی ناپدید گردند. اما برخی مواقع که این جفت ذرات در مجاورت افق رویداد سیاه چاله ظهور پیدا می کنند، یکی در مخمصه گیر کرد و درون سیاهچاله می افتد و دیگری فرصت گریز به درون کیهان را بدست می آورد.
از دیدگاه شما که یک ناظر بیرونی هستید، شما تنها ذراتی را می بینید که از سیاهچاله فرار کرده اند. شما فوتون ها را می بینید و بنابراین می توانید دمای یک سیاهچاله را اندازه گیری کنید. دمای سیاهچاله با جرم سیاهچاله و سایز افق رویداد نسبت معکوس دارد. به این روش به آن فکر کنید. سطح منحنی افق رویداد سیاهچاله را تصور کنید. تعداد بسیار زیادی مسیر وجود دارند که فوتون ها می توانند سعی کنند از طریق آن از افق رویداد فرار کنند و تعداد بسیار زیادی از این مسیرها آن هایی هستند که فوتون را به سمت پایین سیاهچاله یعنی درون چاه گرانشی می کشند. ولی در مسیرهای بسیار کمی، زمانی که فوتون به طور کاملا عمود بر افق رویداد در حال گردش می باشد، شانس فرار برای آن وجود دارد. هر چقدر افق رویداد بزرگ تر باشد مسیرهای کمتری برای فرار فوتون وجود خواهد داشت.
از آنجایی که از افق رویداد سیاهچاله انرژی به کیهان منتشر می شود، اما انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه می تواند نابود شود، لذا خود سیاهچاله جرمی را که انرژی آن بصورت فوتون منتشر می شود تولید می کند. پس سیاه چاله تبخیر می شود. بزرگترین سیاهچاله ها در کیهان، یعنی سیاهچاله ای که میلیون ها برابر خورشید جرم دارد دمایی برابر ۱۴-^۱٫۴×۱۰ درجه کلوین دما دارد. این دمای بسیار کمی است، فقط مقدار بیشتر از دمای صفر مطلق.
یک سیاهچاله با جرمی معادل جرم خورشید دمایی برابر با ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۶ درجه کلوین خواهد داشت. از آنجایی که این دماها بسیار کمتر از دمای پس زمینه کیهان میباشند– در حدود ۲٫۷ درجه کلوین– تمام سیاهچاله های موجود در جهان یک افزایش جرم کلی خواهند داشت. آن ها سریع تر از اینکه تبخیر شوند، انرژی را از تابش پس زمینه کیهان جذب می کنند و این کار را تا زمان ِ نامعلومی در آینده ادامه می دهند.
تا زمانی که دمای پس زمینه کیهان پایین تر از دمای سیاهچاله ها نباشد، آن ها حتی شروع به تبخیر شدن نیز نمی کنند. یک سیاهچاله با جرم مشابه جرم زمین کماکان بسیار سرد خواهد بود. تنها سیاهچاله ای با جرم حدود جرم ماه به اندازه کافی گرم می باشد تا سریع تر از دریافت انرژی از کیهان تبخیر گردد. همچنان که آن ها کوچک تر می شوند حتی بیشتر هم داغ می شوند. یک سیاهچاله با جرم حدود سیارک سرس(Asteroid Ceres) دمایی برابر ۱۲۲ درجه کلوین دارد. کماکان یخ زده ولی در حال گرم شدن است.
یک سیاه چاله با نصف جرم سیارک وستا(Vesta) دمایی در حدود ۱۲۰۰ درجه کلوین خواهد داشت. حال ما شروع می کنیم به پخته شدن. هرچه قدر جرم کمتر همانقدر دمای بیشتر. زمانی که سیاهچاله قسمت اعظم جرم خود را از دست داد، ماده باقی مانده خود را بصورت یک انفجار عظیم، انرژی رها می کند که بایستی برای تلسکوپ های ما قابل دیدن باشد. برخی از ستاره شناسان بطور فعال در حال جستجو در آسمان شب برای پیدا کردن سیاهچاله هایی هستند که بلافاصله بعد از بیگ بنگ به وجود آمدند، یعنی زمانی که جهان به اندازه کافی داغ و متراکم بود که سیاهچاله ها بتوانند شکل بگیرند.
میلیاردها سال زمان برای تبخیر شدن آن ها کافی بوده است تا به نقطه ای برسند که اکنون شروع به انفجار بکنند. این فقط یک حدس و گمان میباشد ولی هیچ انفجاری مرتبط با سیاهچاله های کهن تاکنون مشاهده نشده است. این بسیار احمقانه است که فکر کنیم چیزی، در حالیکه تمام انرژی که داخل آن می افتد را جذب می کند، قادر به ساطع کردن انرژی نیز میباشد. خب، این کیهان برای شماست، از دکتر استیون هاوکینگ تشکر می کنیم برای کمک به ما در کشف آن!
منبع: http://bigbangpage.com
با این وجود، سیاهچاله های عظیم، زمانی که تبدیل به اختروش می شوند، می توانند با انرژی معادل میلیاردها ستاره درخشش کنند. زمانی که آن ها بصورت فعال از ستاره ها و ابرهای گرد و غبار اطراف خود تغذیه می کنند، این مواد بصورت یک دیسک پیوسته در اطراف سیاه چاله با چنان چگالی انباشته می شوند که گویی رفتار آن مانند مرکز یک ستاره می باشد و تحت واکنش گداخت هسته ای قرار می گیرد.
اما این دمایی نیست که ما راجع به آن صحبت می کنیم. ما راجع به دمای افق رویداد سیاه چاله ها هنگامی که هیچ چیزی را جذب نمی کند صحبت می کنیم. دمای سیاه چاله ها به مفهوم تابش هاوکینگ مربوط می شود. نظریه ای که می گوید در طول دوره های زمانی طولانی، سیاهچاله ها ذراتی مجازی را درست در لبه افق رویداد تولید می کنند. متداول ترین نوع ذرات فوتون ها هستند که به عنوان روشنایی یا گرما نیز شناخته می شوند. بطور معمول این ذرات مجازی قادر هستند ترکیب شده و سپس در زمان بسیار ناچیزی ناپدید گردند. اما برخی مواقع که این جفت ذرات در مجاورت افق رویداد سیاه چاله ظهور پیدا می کنند، یکی در مخمصه گیر کرد و درون سیاهچاله می افتد و دیگری فرصت گریز به درون کیهان را بدست می آورد.
از آنجایی که از افق رویداد سیاهچاله انرژی به کیهان منتشر می شود، اما انرژی نه می تواند ایجاد شود و نه می تواند نابود شود، لذا خود سیاهچاله جرمی را که انرژی آن بصورت فوتون منتشر می شود تولید می کند. پس سیاه چاله تبخیر می شود. بزرگترین سیاهچاله ها در کیهان، یعنی سیاهچاله ای که میلیون ها برابر خورشید جرم دارد دمایی برابر ۱۴-^۱٫۴×۱۰ درجه کلوین دما دارد. این دمای بسیار کمی است، فقط مقدار بیشتر از دمای صفر مطلق.
یک سیاهچاله با جرمی معادل جرم خورشید دمایی برابر با ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۶ درجه کلوین خواهد داشت. از آنجایی که این دماها بسیار کمتر از دمای پس زمینه کیهان میباشند– در حدود ۲٫۷ درجه کلوین– تمام سیاهچاله های موجود در جهان یک افزایش جرم کلی خواهند داشت. آن ها سریع تر از اینکه تبخیر شوند، انرژی را از تابش پس زمینه کیهان جذب می کنند و این کار را تا زمان ِ نامعلومی در آینده ادامه می دهند.
یک سیاه چاله با نصف جرم سیارک وستا(Vesta) دمایی در حدود ۱۲۰۰ درجه کلوین خواهد داشت. حال ما شروع می کنیم به پخته شدن. هرچه قدر جرم کمتر همانقدر دمای بیشتر. زمانی که سیاهچاله قسمت اعظم جرم خود را از دست داد، ماده باقی مانده خود را بصورت یک انفجار عظیم، انرژی رها می کند که بایستی برای تلسکوپ های ما قابل دیدن باشد. برخی از ستاره شناسان بطور فعال در حال جستجو در آسمان شب برای پیدا کردن سیاهچاله هایی هستند که بلافاصله بعد از بیگ بنگ به وجود آمدند، یعنی زمانی که جهان به اندازه کافی داغ و متراکم بود که سیاهچاله ها بتوانند شکل بگیرند.
میلیاردها سال زمان برای تبخیر شدن آن ها کافی بوده است تا به نقطه ای برسند که اکنون شروع به انفجار بکنند. این فقط یک حدس و گمان میباشد ولی هیچ انفجاری مرتبط با سیاهچاله های کهن تاکنون مشاهده نشده است. این بسیار احمقانه است که فکر کنیم چیزی، در حالیکه تمام انرژی که داخل آن می افتد را جذب می کند، قادر به ساطع کردن انرژی نیز میباشد. خب، این کیهان برای شماست، از دکتر استیون هاوکینگ تشکر می کنیم برای کمک به ما در کشف آن!
منبع: http://bigbangpage.com
