از انبساط عجیب عالم تا تلاش برای کشف صد میلیون سیاهچاله در کهکشان راه شیری

حدود یک قرن پیش ادوین هابل و لومتر و سایر کیهان‌شناسان نشان دادند که عالم ما ایستا و ثابت نیست و بلکه در حال انبساط است. از آن زمان تا کنون نگاه ما به کیهان، به شکل حیرت‌انگیزی زیر و رو شده است.

تا پیش از کشف بزرگ هابل، ایده غالب آن بود که تمام جهان هستی از راه شیری ساخته شده و اندرومدا و ابر ماژلانی کوچک و ابر ماژلانی بزرگ، درون همین کهکشان راه شیری قرار گرفته‌اند.

اینک ما می‌توانیم با در اختیار داشتن شمع‌های استاندارد کیهانی، متغیرهای قیفاووسی یا ابرنواخترهای یکم-ای و با دانستن فاصله آن‌ها نرخ انبساط جهان را محاسبه کنیم؛ انبساطی که هنوز مشخص نیست تا کجا ادامه می یابد. هنوز هیچکس به طور دقیق نمی‌داند که آیا این انبساط روزی متوقف خواهد شد و روند معکوس را طی خواهد کرد یا اینکه تا متلاشی شدن جهان و تبخیر تمامی سیاهچاله‌های عالم ادامه پیدا می‌کند.

دویچه وله فارسی را در اینستاگرام دنبال کنید

نادانسته‌های ما در اینکه فرجام کیهان چگونه خواهد شد تا حدی به ماهیت اسرارآمیز انرژی تاریک باز می‌گردد. فیزیک‌دانان هنوز دقیقا نمی‌دانند که انرژی تاریک چیست و چگونه باعث انبساط عالم می‌شود. ماده تاریک بر اساس نظریه های کنونی کیهان شناسی، ۲۷ درصد از گیتی را تشکیل می دهد و با احتساب اینکه ۶۸ درصد عالم از انرژی تاریک تشکیل شده، به این نتیجه می‌رسیم که ماده معمولی یعنی ماده‌ای که در عالم مشاهده می‌کنیم فقط حدود ۵ درصد از جهان هستی است.

اختلاف در محاسبه ثابت هابل و ایده وجود جهان آینه‌ای

مقاله‌ای که اخیرا در ژورنال "فیزیکال ریویو لترز" منتشر شده با اشاره به مسائل و مشکلات جدی نظری پیرامون ثابت هابل، به عبارتی نرخ انبساط عالم و اینکه پیش‌بینی مدل استاندارد کیهان‌شناسی به مراتب کندتر از میزانی است که در مشاهدات خود اندازه‌گیری کرده‌ایم، مدل عجیبی پیشنهاد می‌کنند که بر اساس آن، عامل چنین اختلافی وجود یک گیتی آینه‌ای غیرقابل مشاهده است؛ جهانی آینه‌ای که از ذراتی تشکیل شده که تنها با نیروی گرانش با جهان ما برهمکنش می‌کنند و به گفته آنها با این فرضیه، می‌توان یکی از بزرگترین رازهای کیهان‌شناسی مدرن، یعنی ثابت هابل را توضیح داد.

به گفته کیهان‌شناسان، اگر چه این جهان فرضی غیرقابل مشاهده است، اما اثرات گرانشی آن بر جهان ما را می‌توان آشکار کرد.

"حدود یک قرن پیش ادوین هابل و لومتر و سایر کیهان‌شناسان نشان دادند که عالم ما ایستا و ثابت نیست و بلکه در حال انبساط است"ایده جهان آینه‌ای (Mirror world) اگر چه از دهه ۹۰ میلادی وجود داشته است، اما به گفته دانشمندان، این نخستین بار است که این دیدگاه در مورد مساله ثابت هابل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

وجود دست‌کم صد میلیون سیاهچاله در کهکشان راه شیری

در هفته های اخیر، انتشار تصویر سیاهچاله کلان‌جرم مرکز کهکشان راه شیری بار دیگر توجه بسیاری را به سیاهچاله‌ها و ماهیت اسرارآمیز آنها جلب کرد. سیاهچاله‌ها اگر چه در یک نگاه کلی شبیه به یکدیگرند، اما واقعیت آن است که از جهات بسیاری به کلی با یکدیگر متفاوتند.

به کانال دویچه وله فارسی در تلگرام بپیوندید

برای مثال، سیاهچاله‌های نخستین (PBH) زمانی وجود داشته‌اند که سن عالم تنها چیزی حدود ۷۰۰ میلیون سال بوده است و نحوه تشکیل آنها با سیاهچاله‌های دیگری که می‌شناسیم متفاوت است. به صورت کلی، سیاهچاله‌هایی در عالم وجود دارند که تنها چند برابر خورشیدند و در عین حال، برخی سیاهچاله‌ها که سیاهچاله‌های کلان‌جرم نامیده می‌شوند، میلیون‌ها و بلکه میلیاردها برابر خورشید جرم دارند.

نخستین تصویر سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری

سیاهچاله‌ها به خودی خود قابل مشاهده نیستند و ما تنها می‌توانیم نشانه‌های وجود آنها (از جمله پرتو ایکس یا گاما یا امواج رادیویی) را دریافت و آشکارسازی کنیم. البته اینها تنها دلایل ما مبنی بر وجود سیاهچاله در ناحیه‌ای مشخص از کیهان نیست. برای مثال، دانشمندان سال‌ها توده‌های گازی یا ستارگانی را که به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش‌اند مورد بررسی قرار داده‌اند و از مدار حرکت آنها دریافته‌اند که آنجا باید جرمی متراکم، برابر با حدود ۴ میلیون برابر جرم خورشید وجود داشته باشد.

برای نمونه دانشمندان از اینکه ستاره‌ای به نام S2  که حدودا هر ۱۶ سال یکبار به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گردد و در نزدیک‌ترین حالت مدارش، به فاصله ۲۰ میلیارد کیلومتری سیاهچاله رسیده و با سرعت بیش از ۲۵ میلیون کیلومتر بر ساعت به مسیر خود ادامه می‌دهد آگاه بودند.

به گمان آنها، برای توجیه مدار این ستاره هیچ توضیحی غیر از این نمی‌توانست وجود داشته باشد که در مرکز کهکشان راه شیری، یک سیاهچاله کلان‌جرم وجود دارد.

سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری (*Sagittarius A) که تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT) همین چند هفته پیش تصویر آن را منتشر کرد، تنها سیاهچاله موجود در کهکشان ما نیست. تصور می‌شود که در کهکشان ما دست‌کم بیش از یکصد میلیون سیاهچاله وجود داشته باشد. این سیاهچاله‌ها، بقایای به جا مانده از ستارگان غول پیکری‌اند که عمر آن‌ها در یک انفجار ابرنواختری به پایان رسیده است. کهکشان ما در حدود صد میلیارد ستاره دارد و کیهان‌شناسان تخمین می‌زنند که از هر هزار ستاره، یکی به قدر کافی پرجرم است که تبدیل به سیاهچاله شود. از این رو کهکشان راه شیری اصولا باید دست‌کم میزبان صد میلیون سیاهچاله باشد.

اما مساله بر سر این است که تا کنون تنها چند ده سیاهچاله از این حدود صدمیلیون سیاهچاله کشف شده‌اند.

"فیزیک‌دانان هنوز دقیقا نمی‌دانند که انرژی تاریک چیست و چگونه باعث انبساط عالم می‌شود"صحبت از سیاهچاله‌های کلان‌جرم که احتمالا در مرکز اغلب یا همه کهکشان‌ها وجود دارد نیست. اگر بخواهیم تعداد سیاهچاله‌های کلان‌جرم عالم را تخمین بزنیم، به اعداد و ارقام متناقضی می‌رسیم.

هنوز عدد مشخصی برای تعداد کهکشان‌های موجود در عالم وجود ندارد و از این رو نمی‌توان به سادگی گفت که دقیقا چه تعداد سیاهچاله‌کلان‌جرم در عالم وجود دارد. این میزان می‌تواند درست به تعداد کهکشان‌ها، یعنی چیزی حدود صد تا دویست میلیارد باشد و یا به مراتب بیش از آن، حدود دو تریلیون کهکشان.

نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA)

در کنار روش‌های کشف و ثبت تصویر سیاهچاله‌های کلان‌جرم، اینک دانشمندان امید دارند که بتوانند با کمک نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA) بسیاری از سیاهچاله‌های کوچک را کشف کنند. نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ، آرایه‌ای از آنتن‌های رادیویی است که خواهد توانست تصاویری رادیویی با وضوح صدها برابر بهتر از تصاویر اپتیکی تلسکوپ فضایی هابل و تصاویر فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب ثبت کند.

این ابزار رصدی فوق‌العاده حساس نه تنها چنین سیاهچاله‌هایی را کشف خواهد کرد، بلکه قادر خواهد بود فیلم‌هایی از تغییرات آنها و جت خروجی این سیاهچاله‌ها نیز تهیه کند. نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ (ngVLA) که کار ساخت آن قرار است در سال ۲۰۲۶ آغاز شود، نخستین مشاهدات خود را در سال ۲۰۲۹ شروع می‌کند و تا سال ۲۰۳۵ به صورت کامل عملیاتی می‌شود.

دانشمندان با کمک نسل بعدی آرایه بسیار بزرگ همچنین خواهند توانست جت‌های رادیویی حاصل از ادغام ستاره‌های نوترونی را ثبت کنند و این موضوع در کنار ثبت امواج گرانشی توسط رصدخانه‌های لایگو و ویرگو، به کیهان‌شناسان امکان می‌دهد که درک بهتری از سیاهچاله‌ها و ستاره های نوترونی پیدا کنند.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  کهکشان آندرومدا در همین نزدیکی

  این کهکشان بیش از دو میلیون سال نوری با کهکشان ما (راه شیری) فاصله دارد.

  با دیدن گوشه‌های غیر واضح تصویر، گویی اجرام این کهکشان در فاصله‌ای نزدیک از ما هستند؛ اجرامی که به اندازه ذرات غبار هستند. نیکلا لفودو با این تصویر برنده اول مسابقه عکاسی رصدخانه سلطنتی گرینویچ شد. به او ۱۰ هزار پوند جایزه نقدی هم اهدا می‌شود.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  شفق قطبی بر فراز لاپلند (فنلاند)

  این تصویر را تام آرچر در دمای منفی ۳۵ درجه در لاپلند در شمال فنلاند ثبت کرده است. او در جریان یک تور اکتشافی این درخت تنها را دید. آسمان در ابتدا ابری بود.

  "این سیاهچاله‌ها، بقایای به جا مانده از ستارگان غول پیکری‌اند که عمر آن‌ها در یک انفجار ابرنواختری به پایان رسیده است"اما وقتی ابرها اندک‌اندک کنار رفتند، این منظره جادویی با شفق قطبی در برابر چشمان عکاس نمایان شد.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  دوزخ کیهانی

  این تصویر یک سحابی سیاره‌نما است. رنگ‌ها در این عکس چنان تغییر داده شده که کیهان در آن به یک گلوله غول‌پیکر آتشین تبدیل شده است. هدف پیتر وارد، عکاس، از این ویرایش، یادآوری آتش‌سوزی‌های سال ۲۰۱۹ و ۲۰۲۰ در استرالیا بود؛ آتش‌سوزی‌هایی که زندگی در بیش از ۱۲ میلیون هکتار زمین را نابود کردند.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  دلفینی در فضا

  آنچه کانر مترن ثبت کرده، به سر دلفین می‌ماند.این تصویر اما در واقع حبابی غول‌پیکر از گاز را نشان می‌دهد که از ستاره نورانی آبی‌رنگ (نقطه نورانی در میانه ابر) به اطراف متصاعد شده است. عکاس برای ثبت این تصویر شاتر دوربین خود را ۳۳ ساعت باز نگهداشت.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  غوغای رنگ‌ها بر فراز فنلاند

  شفق‌های قطبی فنلاند مشهورند. سوژه این عکس پدیده شناخته‌شده‌ای است مشهور به "بانوی سبز".

  برخی در آن اندام زنی را می‌بینند با تن‌پوشی جادویی که به رنگ‌های سبز و آبی و صورتی می‌درخشد.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  ابعاد بیکران گیتی

  اوکاش سویکا دو غول کهکشان ما را در این تصویر قاب کرده است. ماه و مشتری در ۳۱ اکتبر ۲۰۱۹ روی محوری قرار گرفتند که امکان عکاسی از این صحنه فراهم شد. نهایت دقت فنی و البته اندکی خوش‌اقبالی پیش‌شرط‌های ثبت این عکس بودند.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  نمایی نزدیک از سطح خورشید

  سطح خورشید دستمایه عکاسی الکساندرا هارت بوده است. قطر سطوح ریز نورانی روی عکس در واقعیت ۱۰۰۰ کیلومتر است. این سطوح مدام در حرکتند.

  "کهکشان ما در حدود صد میلیارد ستاره دارد و کیهان‌شناسان تخمین می‌زنند که از هر هزار ستاره، یکی به قدر کافی پرجرم است که تبدیل به سیاهچاله شود"شاتر دوربین عکاس برای ثبت این تصویر تنها هشت میلی‌ثانیه باز ماند.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  نقاشی بر فراز قطب شمال

  توماس کاست سال‌ها در انتظار شکار تصویر ابرهای رنگین‌تاب (ابر استراتوسفری قطبی) بود. او سرانجام در لاپلند در شمال فنلاند موفق شد از این پدیده عکاسی کند. او دوربین خود را به دست گرفت و روی رودخانه‌ای یخ‌زده شروع به عکاسی از آسمان کرد. شکل و رنگ ابرها دائم تغییر می‌کردند، گویی به تماشای نقاشی‌ای نشسته باشی که دائم رنگ بومش تغییر می‌کند.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  سقف پرستاره بیابان

  این تصویر خیره‌کننده از کهکشان راه شیری در بیابان‌های بیکران "وادی رم" در اردن ثبت شده است. اشتفان لیبرمن حین یک سفر، سه روز در این منطقه سکونت کرد.

• زیباترین چشم‌انداز‌های کیهانی

  فناوری لیزر در کیهان

  این تصویر با وجود این‌که به نظر می‌رسد صحنه‌ای از یک فیلم علمی-تخیلی باشد، اما ارتباطی به جنگ ستارگان ندارد.

  این‌ها چهار نوار لیزری به سوی یک توده ستاره‌ای در ابرهای ماژلانی هستند. با استفاده از این تابش لیزری "ستارگان" مصنوعی ایجاد می‌شوند. از این ستاره‌ها برای پایش تلاطم‌های جو زمین و تصحیح آنها استفاده می‌شوند.