ببینید| وقتی درون سیاهچاله سقوط می کنیم، چه می شود؟

«جرمی اشنیتمن» اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گدارد ناسا می گوید: «مردم اغلب چنین سوالی را مطرح می کنند و شبیه سازی این فرآیندهای دشوار به من کمک می کند تا ریاضیات نسبیت عام را به رویدادهای واقعی عالم مرتبط کنم. من دو سناریو مختلف را شبیه سازی کرده ام: در سناریوی اول، دوربین (پایه متصل به لباس فضانوردی جسور) از کنار افق رویداد می گذرد و در مانور قلابسنگ گرانشی به دوردست ها پرتاب می شود؛ و سناریوی دوم که دوربین از مرز سیاهچاله می گذرد و سرنوشت محتوم خود را تثبیت می کند.

به گزارش سفیر افلاک، پژوهشگران ناسا برای این شبیه سازی از ابررایانه Discover در مرکز شبیه سازی آب وهوای ناسا استفاده کردند. این پروژه حدود 10 ترابایت داده (معادل نصف محتوای متنی تخمین زده شده در کتابخانه کنگره) تولید کرد و پردازش آن ها برای تنها 0٫3 درصد از 129هزار پردازنده «دیسکاور» حدود 5 روز طول کشید. انجام همین کار در لپ تاپی معمولی بیش از 10 سال طول می کشد.

مقصد سفر، سیاهچاله بسیار پرجرمی شبیه به هیولای مقیم در مرکز کهکشان راه شیری است که 4٫3 میلیون برابر خورشید ما جرم دارد. افق رویداد این سیاهچاله حدود 25 میلیون کیلومتر را در برمی گیرد که معادل حدود 17 درصد از فاصله زمین تا خورشید است. ابر مسطح و چرخانی از گازهای داغ و درخشان به نام قرص برافزایشی آن را احاطه کرده و به عنوان مرجع بصری در طول سقوط عمل می کند. ساختارهای درخشانی به نام حلقه های فوتونی نیز وجود دارند که در فاصله نزدیک تری از ساهچاله تشکیل می شوند و منشا آن ها، پرتوهای نوری است که یک یا چند بار به دور سیاهچاله چرخیده اند. درنهایت، پس زمینه ای از آسمان پرستاره که همان چشم انداز شبانگاهی آسمان زمین است، صحنه را کامل می کند.

کدام سیاهچاله برای سقوط، بهتر است؟

اگر حق انتخاب داشته باشیم، بهتر است که در سیاه چاله های عظیم سقوط کنیم. سیاه چاله های با جرم ستاره ای که 30 برابر خورشید جرم دارند، افق رویداد بسیار کوچک تر و نیروهای جزرومدی قوی تری دارند که می توانند اجرام نزدیک تر را قبل از رسیدن به افق رویداد، از هم پاره پاره کنند.

اثرات جزرومدی به آن دلیل اتفاق می افتد که کشش گرانشی در انتهای نزدیک تر جسم به سیاه چاله، بسیار قوی تر از سمت دیگر آن است. اجسام طی سقوط و تحت تاثیر جزرومد گرانشی، مانند رشته فرنگی کش می آیند و در فرآیندی که اخترفیزیکدانان آن را رشته ای شدن یا اسپاگتی شدن می نامند، پاره پاره می شوند.

در فیلم چه می بینیم؟

فیلم ها با دوربینی شروع می شود که نزدیک به 640 میلیون کیلومتر از سیاهچاله دورتر است ولی سیاه چاله به سرعت منظره را پر می کند. در طول مسیر، قرص سیاهچاله، حلقه های فوتونی و آسمان شب به شکل فزاینده ای منحرف می شوند و حتی با عبور نور آن ها از فضازمان که به شکل فزاینده ای پیچ وتاب برمی دارد، تصاویر متعددی را تشکیل می دهند.

همان طور که دوربین به سیاهچاله نزدیک می شود و به سرعتی نزدیک تر به سرعت خود نور می رسد، درخشش قرص برافزایشی و ستارگان پس زمینه تقریباً به همان شکلی تقویت می شود که صدای ماشین مسابقه ای که در حال نزدیک شدن است، زیرتر و بلندتر می شود. نور آن ها بر اثر پدیده «انتقال دوپلر» با نگاه کردن به جهت حرکت، روشن تر و سفیدتر به نظر می رسد.

در زمان واقعی، حدود 3 ساعت طول می کشد تا دوربین به افق رویداد بیفتد و تقریباً دو مدار کامل 30 دقیقه ای را در طول مسیر انجام دهد؛ اما برای کسی که از دور مشاهده می کند، دوربین هرگز به مقصد نمی رسد. فضازمان هرچه بیشتر به افق منحرف می شود، تصویر دوربین کند می شود و سپس به نظر می رسد که از آن دور می شود. به همین دلیل است که ستاره شناسان در ابتدا از سیاهچاله ها به عنوان «ستاره های بی تحرک» یاد می کردند.

در افق رویداد، حتی خود فضازمان با سرعت نور که همان بالاترین محدودیت سرعت کیهانی است، به داخل جریان می یابد. هنگامی که به داخل مرز وارد می شویم، هم دوربین و هم فضازمان که در آن در حال حرکت است، به سمت مرکز سیاهچاله هجوم می برند. مرکز سیاه چاله، نقطه ای تک بعدی به نام «تکینگی» است که قوانین فیزیک، آن طور که ما می شناسیم، عمل نمی کنند.

زمانی که دوربین از افق رویداد می گذرد، فقط 12٫8 ثانیه طول می کشد تا طی اثر رشته رشته شدن، متلاشی شود. از آنجا فقط 128هزار کیلومتر تا تکینگی فاصله است که این آخرین مرحله هم در چشم به هم زدنی به پایان می رسد.

سناریوی دوم

در سناریوی جایگزین، دوربین نزدیک به افق رویداد می چرخد اما هرگز از آن عبور نمی کند و به محل امن می گریزد. اگر فضانورد در این سفر رفت وبرگشت 6 ساعته با فضاپیمایی پرواز کند و همکارانش در سفینه مادر، در فاصله ای امن از سیاهچاله باقی مانده باشند، 36 دقیقه جوان تر از همکارانش برمی گشت. دلیل این پدیده آن است که زمان در نزدیکی منبع گرانشی قوی و زمانی که نزدیک به سرعت نور حرکت می کنید، کندتر می گذرد.

البته این وضعیت می تواند به مراتب شدیدتر باشد. اگر سیاهچاله به سرعت در حال چرخش باشد، مانند آنچه در فیلم میان ستاره ای (Interstellar، اثر کریستوفر نولان، محصول سال 2014) به نمایش درآمده، او سال ها جوان تر از هم سفرانش برمی گشت.

منبع: ناسا

5454