آیا وجود سیاره سکونت‌پذیر در نزدیکی سیاه‌چاله امکان‌پذیر است؟

سیاه‌چاله منابع انرژی مختلفی برای سیاره‌های اطرافش فراهم می‌کند. آیا این منابع انرژی می‌توانند سیاره‌ای در نزدیکی سیاه‌چاله را سکونت‌پذیر کنند؟

فیلم «میان‌ستاره‌ای» محصول سال ۲۰۱۴ آمریکا جایگاه خاصی برای هواداران فیلم‌ها‌ی علمی‌تخیلی دارد. کیپ تورن، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل، تهیه‌کننده‌ و مشاور علمی این فیلم، سوگند خورد هیچ‌یک از اتفاقات فیلم قوانین فیزیک را نقض نمی‌کند و هر اتفاق غیرمعمولی‌ای که در فیلم دیده می‌شود، منشأ علمی دارد. 

مقدمه‌ی فیلم نشان می‌دهد زمین در حال تبدیل به محلی سکونت‌ناپذیر است و انسان‌ها باید سیاره‌ی دیگری برای زندگی پیدا کنند. انسان‌ها به‌صورت اتفاقی کرم‌چاله‌ای را در نزدیکی زحل پیدا می‌کنند که تونلی را در فضا‌‌زمان ایجاد کرده است. انتها‌ی دیگر تونل به سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم به‌نام «گارگنچوا» (به‌معنی غول‌پیکر) می‌رسد که فاصله‌ی بسیار زیادی نیز با محل سکونت کنونی انسان‌ها دارد.

سیاره‌های زیادی به دور گارگنچوا می‌گردند؛ بنابر‌این، ناسا مأموریت‌ها‌یی برای بررسی دقیق این سیاره‌ها در نظر می‌گیرد تا شاید فضا‌نوردان بتوانند در میان این سیاره‌ها، جایی پیدا کنند که برای سکونت مناسب باشد. درباره‌ی صحت علمی فیلم و سیاه‌چاله‌ها، مطالب زیادی نوشته شده که بیشتر آن‌ها ستودنی است. یکی از فیزیک‌دانان به‌نام میچیو کاکو گفت:

این فیلم استانداردی طلایی است که فیلم‌ها‌ی علمی‌‌تخیلی آینده با آن سنجیده خواهند شد. 

با تمام این‌ها، هنوز هم سؤالی مطرح است: ممکن است سیاره‌ای سکونت‌پذیر به دور سیاه‌چاله بگردد؟ امروزه به‌لطف تلاش‌ها‌ی جرمی اشنیتمن در مرکز پرواز‌ها‌ی فضا‌یی گادرد در گرینبلت ماریلند، می‌توانیم به پاسخ این پرسش برسیم. 

مقاله‌های مرتبط:

اشنیتمن با حوصله و اشتیاق بسیار به این پرسش پرداخته و با ارائه‌ی محاسبات دقیق آن را واکاوی کرده است. نتایج محاسبات او بسیار غافل‌گیرکننده است. برای شرح این موضوع، ابتدا باید پیش‌زمینه‌ای از آن داشته باشیم. زیست‌اختر‌شناسان گفت‌و‌گو‌ها و بحث‌ها‌یی طولانی درباره‌ی شرایط لازم و ضروری برای زندگی شبیه زندگی زمینی کرده‌اند. بیشتر افراد بر لزوم وجود آب به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین ضروریات زندگی توافق دارند و همین امر محدودیت‌ها‌یی برای دما‌ی سیاره‌ها‌ی بررسی‌شده ایجاد می‌کند.

رهیافت اشنیتمن با این پرسش آغاز می‌شود که کدام منابع انرژی می‌توانند این دما‌ها‌ی خاص را در سیاره‌ای ایجاد کنند که به دور سیاه‌چاله می‌گردد؟ این نوع منابع انرژی باید به‌طور کلی با منابع انرژی زمینی متفاوت باشند. دما‌ی اتمسفر نتیجه‌ی تعادل میان انرژی خورشیدی واردشده به اتمسفر و انرژی خروجی از آن است. به‌نظر می‌رسد این موضوع ارتباطی پیچیده است که یکی از شاخه‌های علمی به‌نام «اقلیم» را به‌خود اختصاص داده است. باوجوداین، بدون خورشید نوری به زمین وارد نمی‌شود و بیشتر انرژی لازم برای حیات از زمین گرفته می‌شود. اشنیتمن گفت:

بدون جریان حرارت ثابت خورشید، اقیانوس‌ها در مدت چند روز منجمد می‌شوند.

به‌نظر می‌رسد سیاره‌ی در حال گردش به دور سیاه‌چاله‌ی عظیم منابع انرژی دیگری دردسترس دارد. همچنین، می‌دانیم سیاه‌چاله‌ها‌ی کلان‌جرم اصلا تاریک نیستند. اشنیتمن گفت:

گاز‌ها‌ی اطراف سیاه‌چاله همواره در حال پیوستن به سیاه‌چاله هستند و همین کار باعث تابش الکترومغناطیسی می‌شود و می‌توانیم این تابش را مشاهده کنیم. ممکن است بعضی افراد تصور کنند با جایگزین‌کردن خورشید با سیاه‌چاله‌ای در حال رشد، خطری برای حیات زمین پیش نمی‌آید. 

شایان ذکر است درباره‌ی انرژی و روشنایی سیاه‌چاله‌ها، تنها نمی‌توان گفت فقط روشن هستند. این سیاه‌چاله‌ها روشن‌ترین منابع تابشی پایدار جهان هستند که به‌ویژه در ناحیه‌ی فرا‌بنفش طیف الکترومغناطیس، بیشترین میزان تابش را دارند. قرص گازی در اطراف این سیاه‌چاله‌ها در حال گردش است و آرام‌آرام داخل سیاه‌چاله فرومی‌رود. شرایط در این قرص‌ها به‌حدی پرتلاطم و دما در آن‌ها به‌حدی زیاد است که آب مایع نمی‌تواند در این حالت وجود داشته باشد. اشنیتمن معتقد است:

اگر تصور کنیم نرخ رشد سیاه‌چاله فقط کسر کوچکی از میزان مشاهده‌شده است، شرایط کمی بهتر می‌شود.  

Blackhole / سیاه چاله

نتیجه‌ی یافته‌ها این است که هریک از سیاره‌های در حال گردش در نزدیکی سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم در ابری از گاز داغ قرار گرفته است. مسلما سیاره‌ها‌ی نزدیک سیاه‌چاله که در فیلم مدنظر قرار گرفتند، خارج از افق رویداد سیاه‌چاله قرار داشتند. طبق محاسبات اشنیتمن، این سیاره‌ها در میدان ۶ هزار درجه‌ای تابش جسم سیاه قرار دارند؛ بنابر‌این، نمی‌توانند مکان خوبی برای حیات باشند. علاوه‌بر‌این، برای اینکه سیاره دما‌ی معمولی داشته باشد، باید در فاصله‌ی صدبرابری شعاع گرانش سیاه‌چاله قرار داشته باشد.

 بنابر همه‌ی مشاهدات، درظاهر وجود آب در چنین سیاره‌ای امکان‌پذیر است؛ ازاین‌رو، بررسی این موضوع سخت‌تر است که آیا در این مکان‌ها زندگی می‌تواند تحول پیدا کند یا خیر. اشنیتمن گفت:

همه‌ی انواع شناخته شده‌ی حیات برای ادامه پیدا‌کردن به بازه‌ی خاصی از انرژی نیاز دارند؛ بنابر‌این، با وجود میدان تابش جسم سیاه گسترده، شکل‌گرفتن نوعی از حیات پیچیده به‌احتمال زیاد امکان‌پذیر نیست. 

به‌گفته‌ی اشنیتمن، مشکل کوچکی در فیلم وجود دارد. مشکل این است که سیاره خارج از قرص گازی اطراف سیاه‌چاله در حال گردش است و این منطقه ازنظر دینامیکی ناپایدار است. مشکل بزرگ‌تر این است که اگر نرخ رشد سیاه‌چاله کمتر بود، چگالی قرص گازی اطراف آن نیز کمتر می‌شد و همین موضوع تابش قرص گازی را سخت‌تر می‌کرد. اگر قرص چرخان اطراف سیاه‌چاله تابشی نداشته باشد، دما‌ی آن تا حدی افزایش می‌یابد که امکان وجود آب مایع در این وضعیت وجود ندارد. پس، تناقضی اساسی در قلب این داستان وجود دارد که درنهایت آن را بی‌اعتبار می‌کند. 

با این همه، هنوز همه‌چیز تمام نشده است. منبع انرژی دیگری به‌نام تابش زمینه‌ی کیهانی نیز وجود دارد که پژواکی از مه‌بانگ (بیگ‌بنگ) است. طبق اندازه‌گیری ستاره‌شناسان، دما‌ی این تابش تنها به ۲.۷ کلوین (منفی ۲۷۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) می‌رسد که به‌هیچ‌وجه برای باقی‌ماندن آب در حالت مایع کفایت نمی‌کند. اینجا است که جادوی نسبیت به کمک می‌آید. همان‌گونه که در فیلم مشخص است، زمان برای مشاهده‌گر‌ها‌ی واقع در روی سطح سیاره به‌کندی پیش می‌رود و این موضوع اثری به‌نام انتقال به آبی را در پی دارد که باعث افزایش دما‌ی سیاره می‌شود. بنابر‌این، هرچه سیاره به سیاه‌چاله نزدیک‌تر باشد، این اثر نیز بیشتر است. 

طبق محاسبات اشنیتمن، سیاره‌ای که در خارج از شعاع گرانشی سیاه‌چاله قرار دارد، انرژی کافی برای حفظ آب در حالت مایع را از تابش زمینه‌ی کیهانی دریافت می‌کند. به‌گفته‌ی اشنیتمن، شرایط این جهان شبیه به سیاره‌ای است که در فاصله‌ی ۰/۲ واحد نجومی (تقریبا ۳۰ میلیون کیلومتر) از کوتوله‌‌سفیدی در حال گردش است. در این وضعیت، ممکن است انرژی کافی برای نگه‌داشتن آب در حالت مایع وجود داشته باشد؛ اما سیاره درمعرض سطح خطرناکی از تابش فرابنفش قرار می‌گیرد. 

منبع انرژی دیگری که می‌توانیم در نظر بگیریم، تابش ستاره‌ها است. شب‌هنگام زمین تاریک است؛ زیرا سیاره‌ی ما در یکی از بازو‌ها‌ی تقریبا نا‌متراکم کهکشان راه شیری قرار دارد. بااین‌حال، معمولا سیاه‌چاله‌ها‌ی کلان‌جرم در مرکز کهکشان‌ها قرار دارند که چگالی ستاره‌ها در این نواحی بیشتر است. شب سیاره‌ای که به دور سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم کهکشان خودمان می‌گردد، صدهزار برابر روشن‌تر از شب زمین است. 

تابش زمینه کیهانی / CMB

تابش ستاره‌ها می‌تواند پس‌زمینه‌ی درخورتوجهی از امواج فرا‌بنفش و پرتو‌ها‌ی ایکس ایجاد کند. اشنیتمن تمدن پیشرفته‌ای را تصور می‌کند که بتواند کره‌ی دایسون معکوس بسازد و به این وسیله انرژی ستاره‌ها را بازتاب کند. اشنیتمن امیدوارانه گفت:

استفاده از کره‌ی دایسون معکوس امکان وجود حیات در سیاره‌ای نزدیک‌تر به سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم را فراهم و حتی از تابش زمینه‌ی گسترده‌ی پرتو‌ها‌ی ایکس و UV نیز جلو‌گیری می‌کند.

اشنیتمن افزود: 

حتی با وجود این پوشش محافظ، سیاره هنوزهم از تابش نوترینو‌ها در امان نخواهد بود که قاتلان خاموش و روح‌مانند طبیعت هستند. 

نوترینو‌ها بر‌هم‌کنش چندانی با ماده‌ی معمولی ندارند؛ اما زمانی‌که میزان زیادی از آن‌ها در جایی جمع شده باشند، می‌توانند تأثیرات چشمگیری بگذارند. بعضی از دانشمندان بر این عقیده‌اند پدیده‌ها‌ی نابودی جرم که روی زمین اتفاق می‌افتد، به‌وسیله‌ی فوران‌ها‌ی نوترینو‌ حاصل از ابر‌نو‌اختر‌ها‌ی نزدیک اتفاق افتاده است و تابش نوترینو‌ سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم به‌حدی است که می‌تواند در هر سیاره‌ای جشن ارواح برگزار کند. با‌این‌حال، نوترینو‌ها می‌توانند به گرمایش زمین منجر شوند. اشنیتمن گفت:

بر‌خلاف تابش UV و ایکس مضر حاصل از امواج الکترو‌متغناطیس انتقال به آبی، نوترینو‌ها‌یی که مرکز سیاره را گرم می‌کنند، می‌توانند باعث به‌وجودآمدن گونه‌ها‌یی از حیات شوند که بیشتر شبیه گونه‌ها‌یی است که در نزدیکی شکاف‌ها‌ی اقیانوس‌ها‌ی زمین به‌وجود آمدند. 

درابتدا، این موضوع امیدوارکننده به‌نظر می‌رسد؛ اما همین که اشنیتمن دلایل دیگر خود را بیان می‌کند، این حس امیدواری از بین می‌رود. در نزدیکی سیاه‌چاله، امواج گرانشی محیطی از لرزش‌ها‌ی ویران‌کننده به‌وجود می‌آورند و ماده‌‌تاریک هم درصورت وجود می‌تواند شرایط را سخت‌تر کند. اشنیتمن مراقب است احتمال وجود سیاره‌ی سکونت‌پذیر در نزدیکی سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم را به‌طور کلی رد نکند؛ اما نکته‌ای که به‌وضوح مشاهده می‌شود، این است که امکان وجود حیات در این مناطق بسیار کم است. اگر قرار باشد انسان‌ها جایی در کیهان به‌دنبال سیاره‌ی سکونت‌پذیر بگردند، بهتر است تا‌حدممکن از سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم دور شوند.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید