نگاهی به فضای میان ستاره ای – نهان در میان کهکشان _ شنبه ها روزنامه اعتماد

(هر شنبه صفحه علم روزنامه اعتماد)

نگاهی به فضای میان ستاره ای

نهان در میان کهکشان

امین حمزه ئیان / www.Nutshell.ir

اخترشناسان و اخترفیزیکدانان جدای از بررسی علمی اجرام مختلف کیهان، به تحقیق درباره فضای میان ستاره یی هم می پردازند. اما آیا واقعاً در فواصل طولانی میان ستارگان ماده یی یافت می شود؟

شاید به ظاهر فضای میان ستاره یی فضایی تهی از ماده باشد اما با بررسی ها و طیف سنجی های دقیق متوجه می شویم که این فضا هرگز عاری از ماده نیست. به طور کلی مواد موجود در بین ستارگان (به هر شکلی که باشند) بیشتر از مواد تشکیل دهنده کل ستارگان در کهکشان ما و احتمالاً بیشتر کهکشان های عالم است. ماده بین ستارگان، نه همیشه به صورت جامد و چگال بلکه عمدتاً به صورت گازی و رقیق است.

در حدود صد سال پیش دانشمندان گمان می کردند این گازها تنها اسباب دردسر هستند زیرا آنها باعث نرسیدن نور ستارگان دوردست کهکشان برای رصدهایشان می شدند. اما کم کم این تفکر تغییر کرد و دانشمندان دریافتند که با بررسی این گازهای به ظاهر مزاحم می توانند به چگونگی تحولات و حتی چگونگی تشکیل ستارگان و کهکشان ها پی ببرند. نمایان ترین گازهای میان ستاره یی شاید سحابی ها باشند. در ابتدا به دلیل ضعف وسایل رصدی، رصدگران آسمان تصور نمی کردند مناطق مه آلودی که از پشت چشمی تلسکوپ های خود می بینند سحابی های گازی باشند که گاهی قطر آنها به چند سال نوری می رسد اما با بهبود وسایل رصدی، متوجه شدند برخی از این اجرام نامشخص تجمعی از ستارگان (خوشه های ستاره یی) یا کهکشان های دوردست هستند. اما هر چه قدرت تفکیک و بزرگنمایی تلسکوپ های خود را افزایش دادند متوجه شدند که برخی از این مناطق همچنان مه آلود دیده می شود. این مناطق سحابی نامیده شدند. چنین ابرهای عظیمی به واسطه ستاره های داخل یا پیرامون شان یونیده می شوند (سحابی های نشری) یا با بازتاب نور (سحابی های بازتابی)، از خود امواج الکترومغناطیسی و نور منتشر می کنند. برخی از این ابرها نسبت به دیگر سحابی ها از ذرات بزرگ تری به نام غبار تشکیل شده اند که مانع از رسیدن نور ستارگان پشت خود می شوند (سحابی های تاریک).

ذرات غبار تشکیل دهنده فضای میان ستاره یی حتی تا هزار برابر بزرگ تر از ذرات تشکیل دهنده ابرهای گازی نشری و بازتابی است. این غبارهای جامد از عناصر گوناگونی همچون هیدروژن، کربن و اکسیژن تشکیل شده اند و گاهی می توان اثرات سطوح یخ زده روی چنین غبارهایی را مشاهده کرد. همچنین این ذرات درشت به نام غبار کیهانی در پهنه کهکشان شناخته شده اند. در بین ابرهای گازی و غبار میان ستاره یی، دما ممکن است حتی کمی کمتر از منفی 260 درجه سانتیگراد باشد زیرا در این بین امواج ستاره های اطراف نمی توانند به راحتی در بین ابرها نفوذ کنند.

اما فضای میان ستاره یی تنها متشکل از انواع سحابی ها نیست. هرچند بخش عمده یی از این فضا را سحابی ها تشکیل داده اند. اتم ها و غبارهایی که در کهکشان ها وجود دارند همیشه در یک جا متمرکز نیستند و می توان اثرات آنها را در بین محیط هایی که واقعاً عاری از هرگونه ماده یی به نظر می آید، به صورت بسیار رقیق و گسترده مشاهده کرد. چنین مشاهداتی از مسیر طیف هایی که از نور ستارگان در فواصل مختلف گرفته می شود، نمایان است. در این بین همچنین می توان طیف هایی از مولکول ها را مشاهده کرد.

مولکول های میان ستاره یی در سال 1937 میلادی کشف شدند. با بررسی و تحلیل خطوط طیفی گرفته شده در آن سال ها، دانشمندان متوجه گونه های سیانوژن (CN) و متیلیدین (CH) شدند. مولکول ها و گونه های مولکولی به دلیل آنکه از چند اتم تشکیل شده اند، نسبت به یکدیگر ارتعاشاتی دارند که باعث تولید امواج رادیویی می شوند. چنین مولکول هایی به دلیل آنکه گاهی در بین ذرات غبار وجود دارند، سخت تر مشاهده شده بودند. اما با پیشرفت تکنولوژی و اختراع تلسکوپ های رادیویی برای دریافت سیگنال های رادیویی موجود در کهشکان، اخترشناسان و اخترفیزیکدانان توانستند مولکول های فراوان و مختلفی را در محیط های میان ستاره یی آشکارسازی کنند. امروزه بیش از 50 نوع مولکول مختلف در فضای میان ستاره یی یافت شده است. در بین این مولکول ها حتی می توان مولکول آب (H2O) را یافت؛ که چنین کشفی می تواند پرورش دهنده ایده موجودات فرازمینی باشد. بیشتر این مولکول ها تجمع هایی از ابرها را همانند سحابی ها تشکیل داده اند که گاهی پهنه آنها از ده ها سال نوری فراتر می روند. این ابرهای عظیم عموماً در بازوهای کهکشان گسترده شده اند.

بخش دیگری از فضای میان ستاره یی را پرتوهای کیهانی تشکیل داده اند. پرتوهای کیهانی ذرات بارداری هستند که تا سرعت های بالا و نزدیک به سرعت نور شتاب دارند. این ذرات اکثراً از پروتون هایی همچون هسته اتم هیدروژن یا هسته اتم هلیم (ذرات آلفا) هستند. همچنین در بین آنها می توان ذراتی همچون الکترون، پوزیترون و نوترینو را یافت. پرتوهای کیهانی با توجه به قدرتی که دارند برای حیات ما آدمیان بسیار خطرناک هستند. اما خوشبختانه جو زمین انرژی بخش عمده یی از آنها را می گیرد. اما با توجه به این موضوع روزانه چند صد پرتو کیهانی ثانویه از بدن تک تک ما عبور می کند که برای بدن انسان مضر نیست.

کاشفان قلب های تاریک - مواد روی سیاهچاله ها به بیرون پرتاب می شوند _ شنبه ها روزنامه اعتماد

(هر شنبه صفحه علم روزنامه اعتماد)

کاشفان قلب های تاریک

مواد روی سیاهچاله ها به بیرون پرتاب می شوند

امین حمزه ئیان / www.Nutshell.ir

سیاهچاله ها اجرامی در فضا هستند که به سبب گرانش فوق العاده شان همه چیز را در اطراف خود می بلعند. اما آیا این بلعیدن ها تا زمانی بی نهایت توسط سیاهچاله ها ادامه دارد؟ سرانجام سیاهچاله ها چه می شوند؟ آیا آنان هم پایانی خواهند داشت؟

اولین ایده وجود اشیایی که ماده اطراف خود را می بلعند در سال 1784 میلادی مطرح شد. در آن سال ها «جان میشل» توانست با استدلال و محاسبات خود نشان دهد اگر گرانش جسمی، فوق العاده قوی باشد به صورتی که سرعت فرار از آن جسم بیش از سرعت نور باشد، حتی نور هم نمی تواند از آن بگریزد و دست آخر به سمت آن جسم برمی گردد. در سال 1796 میلادی «لاپلاس» ریاضیدان مشهور فرانسوی نظریه یی مشابه همان نظریه «جان میشل» مطرح کرد. این ایده ها موجب تشکیل مفهومی به نام «ستاره تاریک» شد که با نظریه های فیزیک نیوتنی توضیح داده می شد. اما مفاهیم اصلی سیاهچاله ها تا سال 1915 میلادی که «اینشتین» نظریه نسبیت عام خود را مطرح کرد به صورت جدی مورد بررسی و آزمایش قرار نگرفته بود. با وجود نظریه نسبیت عام، دانشمندان زیادی با در دست داشتن معادلات این نظریه، سعی در شناخت هر چه کامل تر چنین پدیده های شگفت انگیزی در کیهان کردند.

در هر سیاهچاله فاصله یی به نام شعاع «شوارتزشیلد» یا «افق رویداد» وجود دارد که اگر جسمی از مرز آن عبور کند دیگر هیچ امیدی برای برگشتش وجود ندارد. برای درک اتفاقات نزدیک به افق رویداد یک سیاهچاله، فرض کنید فضانوردی هستید که به سمت یک سیاهچاله سفر می کند. هرچه به این مکان تاریک بیشتر نزدیک می شوید به دلیل گرانش فوق العاده زیاد سیاهچاله، کشش بیشتری در بدن خود احساس می کنید. در این حالت اگر شخصی از بیرون به شما تماشا کند، متوجه کشش بدن شما می شود. همچنین شما از دید ناظر خارجی، هر لحظه کم فروغ تر دیده خواهید شد زیرا هر چه به افق رویداد سیاهچاله نزدیک تر می شوید نوری که از سطح لباس فضانوردی شما بازتاب پیدا می کند، سخت تر می تواند از دام سیاهچاله بگریزد و همچنین با نزدیک شدن به سیاهچاله دیگر نمی توانید به راحتی توسط سیستم رادیویی خود با همراهان تان ارتباط برقرار کنید زیرا امواج رادیویی، نور و دیگر امواج الکترومغناطیسی همان طور که گفتیم با نزدیک شدن به سیاهچاله آهسته توان گریز خود را از دست می دهند و به درون سیاهچاله کشیده می شوند.

هنوز هیچ فیزیکدانی نتوانسته است اتفاقات و سازوکار درون یک سیاهچاله (بعد از افق رویداد) را به طور دقیق پیش بینی کند. در سال 1920 میلادی فیزیکدانی به نام «چاندرا اسخار» طبق محاسبه های خود و با کمک نظریه نسبیت به این نتیجه رسید که جرم درون یک سیاهچاله باید دست کم 1.4 برابر جرم خورشید باشد. او دریافت که مرگ ستارگانی که بیشتر از 1.4 برابر خورشید جرم دارند دیگر به آرامی و در نهایت یک کوتوله سفید نخواهد بود. از این رو به این حد «حد چاندرا» می گویند. هرچند ایده او در آن زمان با مخالفت های زیادی روبه رو شد اما او سرانجام به این خاطر جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1939 میلادی «اپنهایمر» توانست پیش بینی کند سیاهچاله ها از فروریزش و رمبش ماده درون یک ستاره بزرگ که سوخت خود را به پایان رسانده است، به وجود می آیند.

دهه ها بود که اکثر فیزیکدانان تصور می کردند هر چیزی که به درون یک سیاهچاله کشیده می شود، نابود شده و دیگر امکان بازگشت آن نخواهد بود. از این رو فیزیکدان ها تصوری هم از سرانجام سیاهچاله ها نداشتند. آنها نمی دانستند سیاهچاله ها، که روزی از مرگ ستارگان پرجرم به وجود آمده اند، آیا خود مرگی هم دارند یا خیر. به این منظور ایده هایی بیان شده بود، اما این ایده ها توان کاملی برای توضیح آینده چنین اجرام شگفت انگیزی نداشتند.

در این سال ها «استفن هاوکینگ» که دارای کرسی ریاضیات دانشگاه کمبریج است (مقامی که روزی «نیوتن» دارای آن بوده است) نظریه یی را بیان کرد که 30 سال با آن مخالف بوده است. او 30 سال از عمر خود روی برگشت ناپذیر بودن اطلاعات و ماده یی که به درون سیاهچاله ها کشیده می شود، پافشاری می کرد. اما در سال 1974 او توانست نشان دهد سیاهچاله ها خلاف آنچه خودش و بسیاری از دانشمندان دیگر تصور می کردند مانند یک جاروبرقی ابدی، عمل نمی کند. او نشان داد سیاهچاله ها به آرامی نشت و مواد درون خود را به فضای بیرون پرتاب می کنند. امروز چنین تابش هایی به نام «تابش هاوکینگ» معروف است. «تابش هاوکینگ» موجب می شود مواد درون یک سیاهچاله طی میلیاردها سال به بیرون پرتاب شود، به طوری که بعد از گذر این سال ها، در انتها سیاهچاله با انفجاری به عمر خود پایان می بخشد. «استفن هاوکینگ» دریافت که هرچه سیاهچاله یی بزرگ تر باشد روند تابش های آن آهسته تر است و با گذر زمان سیاهچاله پیوسته کوچک تر می شود و در نتیجه این تابش ها بیشتر شده و سیاهچاله با سرعت بیشتری به سوی نابودی می رود. هرچند امروز تنها 13.7 میلیارد سال از عمر کیهان می گذرد، اما دانش امروز می گوید احتمالاً بزرگ ترین سیاهچاله های کیهان که نیرومندترین انرژی را در کیهان دارند هم روزی خواهند مرد.