برخورد سیاه‌چاله‌های کلان جِرم چقدر انرژی آزاد می‌کند؟ نمی‌توانید تصور کنید

برخورد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم از پرانرژی‌ترین رویدادهای کیهان است که در لحظه ادغام، میلیون‌ها برابر کل انرژی ستارگان قابل‌مشاهده انرژی آزاد می‌کند.

کد خبر: ۹۱۰۴۰۹

تاریخ: ۲۹ بهمن ۱۴۰۴ - ۱۶:۱۸

زومیت: برخورد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم از پرانرژی‌ترین رویدادهای کیهان است که در لحظه ادغام، میلیون‌ها برابر کل انرژی ستارگان قابل‌مشاهده انرژی آزاد می‌کند.

برخورد سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم یکی از عظیم‌ترین و هیجان‌انگیزترین پدیده‌های کیهان است و وقتی رخ می‌دهد، می‌تواند کل ساختار فضا و زمان را بلرزاند. سیاه‌چاله‌ها اجرام فوق‌العاده سنگین و چگال هستند که حتی نور هم نمی‌تواند از آن‌ها فرار کند و این ویژگی باعث می‌شود تصور کنیم آن‌ها فقط همه چیز را می‌بلعند و هیچ چیزی از درونشان بیرون نمی‌آید. اما وقتی برخورد دو سیاه‌چاله رخ می‌دهد، آن‌قدر انرژی آزاد می‌شود که به سختی می‌توان تصور کرد.

برای اینکه بفهمیم این انرژی از کجا می‌آید، ابتدا به سیاه‌چاله‌های دوتایی با جرم ستاره‌ای نگاه می‌کنیم. این نوع سیاه‌چاله‌ها از جفت ستاره‌های بسیار سنگین شکل می‌گیرند که به دور هم می‌چرخند. وقتی این ستاره‌ها عمر خود را به پایان می‌رسانند، منفجر می‌شوند (ابرنواختر)، هسته‌هایشان فرو می‌پاشد و سیاه‌چاله‌هایی با جرم حداکثر حدود ۱۰۰ برابر خورشید ایجاد می‌کنند.

اما اینکه دو سیاه‌چاله به اندازه کافی نزدیک باشند تا با هم ادغام شوند، بسیار نادر است. اگر این دو سیاه‌چاله میلیاردها کیلومتر از هم فاصله داشته باشند، ممکن است ادغامشان بیشتر از عمر ۱۴ میلیارد ساله جهان طول بکشد.

اگر شرایط مناسب باشد و سیاه‌چاله‌ها به اندازه کافی نزدیک شوند، اتفاقی جالب رخ می‌دهد: آن‌ها به دلیل امواج گرانشی‌ که تولید می‌کنند، به صورت مارپیچی به سمت هم نزدیک می‌شوند. امواج گرانشی، موج‌هایی هستند که در ساختار فضا و زمان ایجاد می‌شوند و با سرعت نور حرکت می‌کنند. هر جرم شتاب‌دار امواج گرانشی تولید می‌کند، حتی وقتی ما از جایمان بلند می‌شویم. اما امواجی که توسط انسان ایجاد می‌شوند بسیار ضعیف و تشخیص‌ناپذیرند. سیاه‌چاله‌ها اما آن‌قدر سنگین‌اند و با سرعت نزدیک به نور به دور هم می‌چرخند که امواج گرانشی بسیار قدرتمند و چشمگیر تولید می‌کنند. این امواج خارج از محدوده افق رویداد شکل می‌گیرند؛ بنابراین می‌توانند در کیهان منتشر شوند.

آن‌طور که فیل پلیت، اخترشناس در ساینتیفیک آمریکن توضیح می‌دهد، وقتی دو سیاه‌چاله امواج گرانشی تولید می‌کنند، انرژی مدار آن‌ها کاهش پیدا می‌کند و به هم نزدیک‌تر می‌شوند. این اتفاق باعث می‌شود شتاب آن‌ها افزایش یابد و امواج قوی‌تری تولید کنند. در آخرین ثانیه‌های پیش از ادغام، سیاه‌چاله‌ها با سرعت نزدیک به نور به دور هم می‌چرخند و امواج گرانشی عظیم ایجاد می‌کنند تا اینکه سرانجام به هم می‌پیوندند و سیاه‌چاله‌ای بزرگ‌تر شکل می‌دهند. تاکنون اخترشناسان توانسته‌اند حدود ۳۰۰ مورد از این ادغام‌ها را از طریق امواج گرانشی ثبت کنند.

مقدار انرژی آزادشده بسیار شگفت‌آور است. طبق نظریه نسبیت اینشتین، هنگام ادغام دو سیاه‌چاله حدود ۵ درصد از جرم کل آن‌ها ناپدید نمی‌شود، بلکه مستقیما به انرژی تبدیل می‌شود. این موضوع با معادله معروف «انرژی = جرم × مربع سرعت نور» توضیح داده می‌شود؛ یعنی حتی مقدار کمی جرم می‌تواند به انرژی بسیار بزرگی تبدیل شود، زیرا سرعت نور عددی بسیار بزرگ است. به همین دلیل، برخورد سیاه‌چاله‌ها در مدت زمانی بسیار کوتاه، انرژی فوق‌العاده عظیمی آزاد می‌کند.

برای مثال، برخورد دو سیاه‌چاله با جرم پنج برابر خورشید، در کمتر از یک ثانیه معادل انرژی‌ تابشی خورشید درطول هفت تریلیون سال، انرژی آزاد می‌کند. یعنی برای لحظه‌ای کوتاه، این دو سیاه‌چاله فراتر از نور یک میلیارد کهکشان پر از ستاره، انرژی منتشر می‌کنند.

سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم به‌مراتب بزرگ‌تر هستند. آن‌ها از صدهزار تا میلیاردها برابر خورشید جرم دارند و در مرکز تمام کهکشان‌های بزرگ، از جمله راه شیری قرار گرفته‌اند. هنوز مشخص نیست چگونه این سیاه‌چاله‌ها به چنین جرم عظیمی رسیده‌اند؛ شاید از ابتدا بزرگ به دنیا آمده‌اند و بزرگ‌تر شده‌اند یا از کوچک شروع کرده و در طول شکل‌گیری کهکشان رشد کرده‌اند.

سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم معمولاً تنها و منزوی هستند؛ اما وقتی کهکشان‌ها با هم برخورد می‌کنند و ادغام می‌شوند، وضعیت تغییر می‌کند. دو سیاه‌چاله در مرکز هر کهکشان به مدار یکدیگر می‌افتند و مانند سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای، در نهایت می‌توانند با هم ادغام شوند. انرژی ناشی از ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم بسیار بسیار بیشتر است. اگر دو سیاه‌چاله با صدمیلیون برابر جرم خورشید با هم برخورد کنند، انرژی آزاد شده در لحظه آخر، هزاران برابر مجموع انرژی تمام ستارگان جهان قابل مشاهده در همان زمان خواهد بود.

با اینکه این انفجارها عظیم و شگفت‌آور هستند، قابل دیدن نیستند. امواج گرانشی خودشان نور تولید نمی‌کنند و می‌توانند بدون هیچ روشنایی منتشر شوند. همچنین این امواج با فاصله کاهش می‌یابند و ادغام‌های فوق‌سنگین معمولاً میلیاردها سال نوری دور هستند و وقتی به زمین می‌رسند، تقریباً تشخیص‌ناپذیرند. شواهدی وجود دارد که ممکن است یک ادغام را ثبت کرده باشیم، اما هنوز تأیید نشده است. در دهه آینده، مأموریت آنتن تداخل‌سنج لیزری آژانس فضایی اروپا (LISA) داده‌های بیشتری ارائه خواهد داد تا نشان دهد این رویدادهای عظیم واقعاً رخ می‌دهند.

حتی همین حالا، امواج گرانشی حاصل از برخورد سیاه‌چاله‌های فوق‌العاده پرانرژی از بدن ما می‌گذرند؛ اما ضعیف و تقریباً به نجوا تبدیل شده‌اند. با توجه به قدرت آن‌ها، این یک خبر خوب است؛ فکر کردن به آن‌ها حتی از دور هم انسان را می‌لرزاند.