سیاهچالههای ستارهای
هنگامی که هسته یک ستاره بسیار پرجرم آنقدر سنگین میشود که هیچ فشاری قادر به تحمل آن نیست، بدون محدودیت به یک سیاهچاله فرومیریزد؛ ناحیهای که گرانش آن چنان قوی است که حتی نور نیز نمیتواند از آن بگریزد.
Definition
سیاهچاله ستارهای یک بقایای فشرده است که از فروپاشی هسته یک ستاره پرجرم تشکیل میشود و گرانش آن چنان قوی است که ناحیهای که توسط افق رویداد محدود شده است، به هیچ چیز، از جمله نور، اجازه فرار نمیدهد.
Scope
این موضوع شامل شکلگیری سیاهچالههای ستارهای از فروپاشی هستههای ستارهای پرجرم، توصیف آنها توسط راهحلهای شوارتزشیلد و کِر در نسبیت عام، افق رویداد و درونیترین مدار پایدار، کشف آنها از طریق دوتاییهای پرتو ایکس و امواج گرانشی، و محدوده جرمی که آنها را از ستارههای نوترونی متمایز میکند، میشود.
Core questions
- یک سیاهچاله ستارهای چگونه تشکیل میشود؟
- افق رویداد چیست؟
- چگونه میتوانیم چیزی را که نوری ساطع نمیکند، شناسایی کنیم؟
- سیاهچالههای ستارهای چه جرمهایی دارند؟
Key concepts
- افق رویداد
- شعاع شوارتزشیلد
- سیاهچاله کِر
- دیسک برافزایشی
- دوتایی پرتو ایکس
- امواج گرانشی
- شکاف جرمی
Key theories
- فروپاشی بدون توقف به یک سیاهچاله
- اگر یک هسته ستارهای در حال فروپاشی از حداکثر جرمی که نیروهای تباهیدگی و هستهای میتوانند تحمل کنند فراتر رود، هیچ فشار شناختهشدهای نمیتواند آن را متوقف کند؛ نسبیت عام فروپاشی مداوم را در داخل یک افق رویداد پیشبینی میکند، همانطور که برای اولین بار توسط اوپنهایمر و اسنایدر برای فروپاشی ایدهآل نشان داده شد.
- کشف از طریق برافزایش و امواج گرانشی
- سیاهچالههای ستارهای زمانی آشکار میشوند که از یک ستاره همراه برافزایش یافته و در پرتوهای ایکس میدرخشند، و همچنین توسط امواج گرانشی ساطع شده هنگامی که دو سیاهچاله به صورت مارپیچی به هم نزدیک شده و ادغام میشوند، که برای اولین بار در سال ۲۰۱۵ کشف شد و جرم و چرخش آنها را مستقیماً اندازهگیری میکند.
Mechanisms
هسته در حال فروپاشی یک ستاره به اندازه کافی پرجرم، بر تمام پشتیبانیهای فشاری غلبه کرده و در شعاع شوارتزشیلد خود سقوط میکند و یک افق رویداد را تشکیل میدهد. چنین سیاهچالهای زمانی قابل مشاهده میشود که گاز از یک ستاره همراه از طریق یک دیسک برافزایشی داغ به صورت مارپیچی به داخل آن کشیده شده و پرتوهای ایکس ساطع کند، یا زمانی که دو سیاهچاله با هم ادغام شده و انرژی را به صورت امواج گرانشی تابش کنند.
Clinical relevance
سیاهچالههای ستارهای نسبیت عام را در رژیم میدان قوی آزمایش میکنند، مطالعه فیزیک برافزایش و جتهای نسبیتی را در دوتاییهای پرتو ایکس پایهگذاری میکنند، و منابع غالب کشف شده توسط رصدخانههای امواج گرانشی زمینی هستند که راه جدیدی را برای شمارش بقایای فشرده و بررسی تکامل ستارههای پرجرم باز میکنند.
History
شوارتزشیلد معادلات اینشتین را برای یک جرم نقطهای در سال ۱۹۱۶ حل کرد، اوپنهایمر و اسنایدر فروپاشی گرانشی را در سال ۱۹۳۹ مدلسازی کردند، کِر راهحل چرخان را در سال ۱۹۶۳ یافت، و اولین سیاهچالههای ستارهای در دوتاییهای پرتو ایکس مانند ماکیان ایکس-۱ شناسایی شدند و بعدها به صورت انبوه توسط کشفهای امواج گرانشی تأیید شدند.
Debates
- شکاف جرمی بین ستارههای نوترونی و سیاهچالهها
- اینکه آیا شکافی در توزیع جرم بین سنگینترین ستارههای نوترونی و سبکترین سیاهچالهها وجود دارد و مرز آن کجاست، مورد بحث است؛ رویدادهای امواج گرانشی با جرمهایی در این محدوده در حال آزمایش این هستند که آیا چنین شکافی وجود دارد یا خیر.
Key figures
- J. Robert Oppenheimer
- Karl Schwarzschild
- Roy Kerr
- Roger Penrose
Related topics
Seminal works
- abbott2016
- shapiro1983
Frequently asked questions
- چگونه میتوانیم یک سیاهچاله را مشاهده کنیم در حالی که نور نمیتواند از آن بگریزد؟
- ما سیاهچالهها را به طور غیرمستقیم شناسایی میکنیم: گازی که به سمت آن سقوط میکند، قبل از عبور از افق، گرم شده و پرتوهای ایکس ساطع میکند؛ مدارهای ستارههای همراه یک جسم پرجرم نامرئی را آشکار میکنند؛ و سیاهچالههای در حال ادغام امواج گرانشی ساطع میکنند که آشکارسازهای روی زمین میتوانند آنها را اندازهگیری کنند.
- سیاهچالههای ستارهای چقدر پرجرم هستند؟
- آنها معمولاً از چند تا چند ده برابر جرم خورشید متغیر هستند و از فروپاشی ستارههای پرجرم تشکیل میشوند؛ این ویژگی آنها را از سیاهچالههای کلانجرم با میلیونها تا میلیاردها جرم خورشیدی که در مراکز کهکشانها یافت میشوند، متمایز میکند.