به هنگام سقوط در سیاه چاله چه چیزی خواهید دید؟

سیاه‌چاله‌ها از جمله اجرام مبهمی هستند که در سرتاسر عالم شناخته شده وجود دارند. این اجرام بیش از اندازه چگال هستند و گرانش بسیار قدرتمندی دارند و این یعنی هیچ چیزی، حتی نور نیز توانایی گریز از گرانش قدرتمند سیاه‌چاله را ندارد. تا به امروز سیاه‌چاله‌های بسیاری شناخته شده‌اند؛ برخی از آن‌ها که فراوان‌ترین هستند، جرمی برابر با ستاره‌ها دارند و ما نیز آن‌ها را در کهکشان راه شیری شناسایی کرده‌ایم. دسته‌ی دیگری از سیاه‌چاله‌ها وجود دارند که به آن‌ها سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم گفته می‌شود؛ این سیاه‌چاله‌ها معمولاً در مرکز کهکشان‌ها قرار گرفته‌اند و جرم برخی از آن‌ها میلیون‌ها و یا شاید میلیاردها برابر خورشید است. در اطراف سیاه‌چاله‌ها، ناحیه‌ای به نام افق رویداد وجود دارد. در این ناحیه، هیچ چیزی، حتی نور نیز توانایی گریز ندارد.

افق رویداد، مرز سیاه‌چاله با فضای اطراف به شمار می‌رود و اگر شما از آن عبور کنید، به سمت تکینگی مرکزی خواهید رفت و هیچ راه گریزی نخواهید داشت. اما به راستی اگر از این ناحیه عبور کنیم و به سمت تکینگی مرکزی سقوط کنیم، چه چیزی را مشاهده خواهیم کرد؟ آیا همچنان می‌توان نور را مشاهده کرد یا به یک‌باره جهان تاریک می‌شود؟ دانشمندان و فیزیک‌دانان به تازگی پاسخی علمی را ارائه داده‌اند که به احتمال زیاد پرده از اسرار درون سیاه‌چاله‌ها برمی‌دارد. این پاسخ واقعاً شگفت‌انگیز است.

در مرکز کهکشان ما، می‌توان حرکت ستاره‌ها را پیرامون یک نقطه‌ی مرکزی مشاهده کرد. جرم این نقطه‌ی مرکزی، ۴ میلیون جرم خورشیدیاست و نکته جالب این است که این جرم مرکزی، به هیچ عنوان نوری از خود ساطع نمی‌کند و کاملاً تاریک است. این جرم بسیار خاص، با نام*Sagittarius A (کمان ای*) شناخته می‌شود و به احتمال زیاد یک سیاه‌چاله کلان‌جرم است. این توضیحی است که بر اساس اندازه‌گیری گردش ستاره‌ها برای دو دهه، ارائه شده است.

تصویری از سیاه‌چاله کلان‌جرم *Sagittarius A در اشعه ایکس و مادون قرمز

وقتی که شما به افق رویداد سیاه‌چاله نزدیک می‌شوید، یکسری اتفاقات عجیب و غیرمعمول رخ می‌دهند؛ اما اگر بخواهید از این ناحیه نیز عبور کرده و به سمت تکینگی مرکزی بروید، اوضاع به مراتب پیچیده‌تر خواهد شد. تنها چیزی که باید بدانید این است که اگر شما از این مرز نامرئی عبور کنید، هیچ شانسی برای برگشت نخواهید داشت؛ فرقی نمی‌کند که به داخل چه نوع سیاه‌چاله‌ای سقوط کرده باشید یا این‌که چه نوع سفینه‌ای داشته باشید، در هر حال شما با هر شتابی که داشته باشید، توانایی گریز از سیاه‌چاله‌ را نخواهید داشت. نظریه نسبیت عام اینشتین به شکل بسیار مناسبی دلیل این اتفاق را توضیح می‌دهد. امسال صدمین سالگرد این نظریه، به عنوان بزرگ‌ترین دستاورد آلبرت اینشتینخواهد بود و قرار است به ما چگونگی خمیدگی فضا-زمان توسط سیاه‌چاله‌ها را توضیح دهد.

وقتی که شما در فاصله‌ی دوری از سیاه‌چاله قرار دارید، بافت فضا-زمان کم‌تر خمیده شده است. در واقع، وقتی که شما از سیاه‌چاله دور هستید، امکان تشخیص گرانش آن از دیگر اجرام، وجود ندارد. به عبارت دیگر، در فواصل دورتر، گرانش سیاه‌چاله از گرانش ستاره‌های نوترونی، ستاره‌های معمولی و یا حتی ابرهای گازی و غبار، قابل تشخیص نیست. در نقطه‌ای که ایستاده‌اید فضا-زمان خم شده است؛ اما شما تنها می‌توانید بگویید که این خمیدگی به علت وجود جرم یا اجرامی است که در فواصل دور و نزدیک قرار گرفته‌اند؛ شما نمی‌توانید مشخصات دقیق اجرامی را که باعث این خمیدگی شده‌اند بیان کنید زیرا گرانش آن‌ها از یکدیگر قابل تشخیص نیست.

اما اگر با دقت نگاه کنید، می‌بینید که به جای ستاره نوترونی، ستاره معمولی و یا ابرهای گازی، در مرکز جایی که نگاه می‌کنید، یک جرم کروی شکل تاریک قرار گرفته است که هیچ نوری ساطع نمی‌کند و این ناحیه‌ی کروی، با نام افق رویداد شناخته می‌شود که وجود فیزیکی ندارد؛ اما ناحیه‌ای از فضا است که اندازه‌ای مشخص دارد و نور نمی‌تواند از این ناحیه فرار کند. از فاصله‌ی دور، به نظر می‌رسد که این اندازه همان‌طوری است که انتظار داشته‌اید. به عبارت دیگر، هرچه که شما به سیاه‌چاله نزدیک می‌شوید متوجه خواهید شد که انتظارات شما مغایر آن‌چه که می‌بینید هستند؛ زیرا با نزدیک شدن به سیاه‌چاله، به نظر می‌رسد که یک چاله‌ی عمیق است که بر فضای پس زمینه، سایه‌ای تاریک انداخته است و نور اطراف و پس زمینه را به شدت دچار اختلال کرده است.

یک سیاه‌چاله با جرمی مشابه جرم زمین، دارای افق رویدادی با قطر تقریباً یک سانتی‌متر خواهد بود؛ اما اگر جرم سیاه‌چاله برابر جرم خورشید باشد، آن‌گاه قطر افق رویداد، نزدیک به ۳ کیلومتر خواهد بود. با توجه به اندازه‌گیری‌های انجام شده، گفته می‌شود که اندازه‌ی سیاه‌چاله‌ی مرکزی کهکشان راه‌شیری چیزی در حدود اندازه‌ی ستاره‌ی ابط‌الجوزا خواهد بود!

اکنون شما آماده هستید تا با نزدیک شدن به سیاه‌چاله، چشم‌اندازی بی‌نظیر را مشاهده کنید. چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر شما به سیاه‌چاله نزدیک‌تر شده و در نهایت وارد آن شوید؟

از فاصله‌ی دور، شکل ظاهری آن چیزی که قرار است مشاهده کنید، کاملاً با انتظارات و محاسبات شما هم‌خوانی خواهد داشت؛ اما وقتی که شما درون یک سفینه‌ی بسیار مستحکم و مجهز قرار می‌گیرید و به سمت سیاه‌چاله حرکت می‌کنید، با هر متر نزدیک‌تر شدن، متوجه چیزی عجیب و قدرتمند خواهید شد. اگر فاصله‌ی شما و یک ستاره نصف شود، اندازه زاویه‌ای ستاره دو برابر می‌شود و اگر فاصله شما به یک چهارم کاهش یابد، اندازه زاویه‌ای چهار برابر بزرگ‌تر خواهد شد؛ اما در مورد سیاه‌چاله‌ها قضیه کاملاً متفاوت است.

اندازه‌ی زاویه‌ای تمامی اجرامی که قابل دیدن هستند، با فاصله‌ای که از آن‌ها دارید رابطه‌ دارد و طبق این نسبت و به آرامی تغییر می‌کند؛ اما سیاه‌چاله‌ها این‌گونه نیستند. به دلیل خمیدگی شدید فضا-زمان در اطراف سیاه‌چاله‌ها، روند بزرگ‌ شدن اندازه‌ی زاویه‌ای افق رویداد آن‌ها با سرعت بیشتری اتفاق می‌افتد و با فاصله‌ای که شما از آن‌ها دارید نسبتی ندارد. از دید یک ناظر زمینی، اندازه‌ی زاویه‌ای افق رویداد سیاه‌چاله مرکز کهکشان راه‌شیری، بسیار کوچک و در حدود ۳۷ میکرو آرک ثانیه است. اگر شما به این سیاه‌چاله نزدیک شوید، می‌بینید که به دلیل خمیدگی فضا-زمان، اندازه زاویه‌ای به سرعت افزایش می‌یابد و افق رویداد آن تقریباً هم‌اندازه‌ی ماه کامل در آسمان دیده می‌شود؛ در واقع اندازه افق رویداد این سیاه‌چاله، چهار برابر اندازه‌ی ماه کامل است! دلیل این اتفاق، خمیدگی فضا-زمان است و هرچه که به سیاه‌چاله نزدیک‌تر می‌شوید، این خمیدگی را بیشتر احساس می‌کنید؛ همچنین مشاهده می‌کنید که نور ستاره‌های پس زمینه به شدت دچار اختلال شده و خمیده شده‌اند و شکل اصلی خود را از دست داده‌اند.

برخلاف افق رویداد، سطح ظاهری سیاه‌چاله با روندی آهسته‌تر بزرگ می‌شود. اگر شما به اندازه‌ی تقریباً ۱۰ شعاع شوارتزشیلد از سیاه‌چاله فاصله داشته باشید، اندازه‌ی ظاهری سطح سیاه‌چاله به حدی خواهد بود که تقریباً تمام قسمت جلویی سفینه شما را پوشش خواهد داد و شما تاریکی مطلق را مشاهده خواهید کرد. هرچه که به ISCO(درونی‌ترین مدار دایره‌ای پایدار با شعاعی ۱.۵ برابر افق رویداد) سیاه‌چاله نزدیک‌تر می‌شوید، متوجه خواهید شد که قسمت جلویی سفینه شما کاملاًدر تاریکی فرو رفته است و چیز دیگری نمی‌بینید. وقتی که از آن نقطه نیز عبور کردید حتی قسمت پشت شما که از آن عبور کردید نیز تاریکی خواهد بود؛ زیرا فضایی که به آن وارد شده‌اید به شدت خمیده است و نور نیز در جهات مختلف محبوس شده است.

تا به این‌جا، شما هنوز از افق رویداد عبور نکرده‌اید و این فرصت را دارید که از سیاه‌چاله دور شوید. اگر شما به اندازه‌ی کافی شتاب داشته باشید و بتوانید از این ناحیه بگریزید، از گرانش سیاه‌چاله نیز گریخته‌اید و باز هم قادر به دیدن جهان خواهید بود؛ زیرا دیگر بافت فضا-زمان خمیده نیست. اگر در سفینه‌ی شما ابزارهای سنجش گرانش وجود داشته باشند، می‌توانند به شما بگویند مادامی که از سیاه‌چاله دور شده‌اید، از شدت گرانش کاسته شده است.

اما اگر این کار را انجام ندهید و از ISCO عبور کرده و به سمت افق رویداد بروید، مشاهده می‌کنید که نور تمام جهان، به شکل یک نقطه‌ی کوچک در پشت سر سفینه‌ی شما خواهد بود و رنگ آن نیز به دلیل اثر انتقال به آبی گرانش، آبی خواهد شد. در لحظه‌ای که هنوز به افق رویداد وارد نشده‌اید ولی در نزدیک‌ترین فاصله از آن قرار دارید، آن نقطه‌ی کوچک به رنگ‌های سفید و قرمز نیز دیده خواهد شد و در نهایت آبی می‌شود. این‌جا مرحله‌ی آخر دیدن آن نقطه است؛ زیرا در این لحظه تابش ریزموج کیهانی و پس‌زمینه‌ی رادیویی، برای شما به طول موج مرئی منتقل می‌شوند تا شما آخرین چشم‌انداز از کیهان را ببینید و بدانید که چیزی همراه شما به این ناحیه نیامده و کاملاً تنها هستید.

نور تمام جهان از درون سیاه‌چاله. اثر انتقال به آبی باعث شده تا این نقطه آبی به نظر برسد

سپس تاریکی مطلق خواهد بود. هیچ نوری از داخل افق رویداد و جهان خارج، به شما نخواهد رسید. در این لحظه است که چیزی را نمی‌بینید. به موتورهای سفینه خود فکر می‌کنید و شروع به محاسبه کردن برای فرار از این وضعیت خواهید کرد؛ غاقل از این‌که اصلاً مشخص نیست که باید روبه کدام جهت حرکت کنید یا این‌که نقطه تکینگی در کدام جهت قرار گرفته است؛ زیرا هیچ چیزی را نمی‌توانید ببینید. این وضعیت نشان می‌دهد که هیچ ماده و یا نوری به همراه شما به درون سیاه‌چاله نخواهد آمد و پشت سر و مقابل شما نیز کاملاً تاریکی خواهد بود. تنها چیزی که می‌توانید از آن اطمینان داشته باشید این است که با نزدیک شدن به تکینگی سیاه‌چاله، دستگاه‌های شما یک شیب گرانشی را نشان خواهند داد.

وقتی که شما از افق رویداد عبور می‌کنید، فرقی ندارد که نوری وجود داشته باشد یا خیر؛ آن‌چه که اهمیت دارد این است که شما در آن لحظه چیزی عجیب و شوکه کننده را تجربه خواهید کرد. حسگرهای گرانشی شما می‌توانند آن شیب گرانشی را که پیش‌تر در مورد آن گفتیم، به شما نشان دهند. عجیب این است که شیب گرانشی باید در اصل با نزدیک شدن به تکینگی افزایش یابد؛ اما در عمل خواهید دید که این شیب در تمام جهات خواهد بود، گویی که تکینگی در تمامی جهات حضور دارد. حتی این شیب گرانشی نیز در مسیری که آمده‌اید نیز نشان داده می‌شود و این در حالی است که جهت ورود به سیاه‌چاله، کاملاً با جهت تکینگی مخالف است. چگونه چنین چیزی امکان‌پذیر است؟

چنین چیزی امکان پذیر شده است؛ زیرا شما درون افق رویداد هستید و دیگر کار از کار گذشته است. اکنون شما اگر تمام نیروهای موجود را در اختیار بگیرید تا از سیاه‌چاله بگریزید، باز هم موفق نخواهید شد و مستقیماً به سمت تکینگی سقوط خواهید کرد. در این لحظه اگر شما یک پرتو نور را ساطع کنید، مستقیماً به سمت تکینگی خواهد رفت و در جهت دیگری حرکت نمی‌کند؛ زیرا با نزدیک شدن به تکینگی، خمیدگی فضا-زمان نیز بی‌نهایت می‌شود.

به راستی چقدر طول می‌کشد که از افق رویداد یک سیاه‌چاله با جرمی برابر با ۴ میلیون جرم خورشیدی عبور کرده و به سمت تکینگی برویم؟ یک سیاه‌چاله با چنین مشخصاتی، افق رویدادی به قطر ۱ ساعت نوری خواهد داشت؛ اما عبور از افق رویداد و حرکت به سمت تکینگی تنها ۲۰ ثانیه به طول می‌انجامد! البته فضایی که بی‌نهایت خمیده شده است، مطمئناً مشکلاتی را ایجاد می‌کند و ما در این مرحله در خوشبینانه‌ترین حالت، جان خود را از دست خواهیم داد. با عبور از افق رویداد، هرگونه تلاشی برای خارج شدن از سیاه‌چاله، بر سرعت نزدیک شدن شما به تکینگی می‌افزاید و سقوط شما شتاب بیشتری می‌گیرد. تنها شانس شما برای افزایش زمان زنده ماندن (هرچند در این مرحله زنده بودن امکان‌پذیر نیست) این است که از هر تلاشی برای خارج شدن از سیاه‌چاله دست بردارید؛ زیرا سیاه‌چاله نیز همچون باتلاق عمل می‌کند. در سیاه‌چاله، خمیدگی فضا-زمان بی‌نهایت است و تکینگی در تمام جهات حضور دارد و فرقی نمی‌کند که شما در کدام جهت حرکت کنید، در هر حال به درون تکینگی سقوط خواهید کرد.

تکینگی نقطه‌ای با چگالی بی‌نهایت است؛ بنابراین با سقوط به درون آن، جرم شما به جرم سیاه‌چاله اضافه می‌شود و این پایان راه است.