1397/07/07

چند سیارۀ قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله وجود دارد؟

به گفته اخترشناسان، یک سیاهچاله می تواند ۱ میلیون سیاره در اطراف خود داشته باشد که به طور بالقوه قابل حیات باشند. از آنجا که حیات عملا به دلیل وجود آب مایع بر روی زمین به وجود آمده، منجمان اغلب جهان‌های دیگری را که در آنها نیز آب مایع بر روی سطح سیاره وجود داشته باشد، به صورت بالقوه بعنوان قابل سکونت...
چند سیارۀ قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله وجود دارد؟

 به گفته اخترشناسان، یک سیاهچاله می تواند ۱ میلیون سیاره در اطراف خود داشته باشد که به طور بالقوه قابل حیات باشند. از آنجا که حیات عملا به دلیل وجود  آب مایع بر روی زمین به وجود آمده، منجمان اغلب جهان‌های دیگری را که در آنها نیز آب مایع بر روی سطح سیاره وجود داشته باشد، به صورت بالقوه بعنوان  قابل سکونت در نظر می‌گیرند.
 منطقه “قابل سکونت” خورشید ما تنها از یک سیاره (زمین) میزبانی می‌کند، اما داستان این ستاره‌ها می‌تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال، سیستم تراپیست-۱ دارای سه سیاره به اندازۀ زمین است که در داخل منطقۀ قابل سکونت آن جای گرفته‌اند. شان رایموند(Sean Raymond)، یکی از اخترشناسان رصدخانه بوردو فرانسه (Observatory of Bordeaux)، به بررسی نحوه شکل‌گیری و تکامل منظومه‌های سیاره‌ای می‌پردازد. ریموند در این خصوص می‌گوید “که با شبیه‌سازی منظومه شمسی نهایی”، تصمیم گرفته تا ببیند که چگونه بسیاری از سیارات می‌توانند در دور یک سیاهچاله وجود داشته باشند.
ریموند در این خصوص گفت:«من فکر می‌کنم ما می‌توانیم از این نقاط دور چیزهایی را یاد بگیریم. آنها اساسا مرزهایی هستند که در آن ما به جستجوی حیات خواهیم گشت.» این سیستم یک سیستم افراطی با  بسته‌بندی قابل تصور است و یک ترکیب جالب و در هم آمیخته از تخیل و علم می‌باشد. ریموند گفت، در حال حاضر دو نوع سیاهچاله وجود دارد که دانشمندان اطلاعات بیشتری در موردشان دارند. سیاه‌چاله‌های شبه ستاره‌ای که از لحاظ جرم برابر با چندین خورشید هستند و زمانی شکل می‌گیرند که ستارگان غول پیکر می‌میرند و در خود رمبش می‌کنند. و نوع بعدی سیاه‌چاله‌های بسیار عظیم که جرم آنها میلیاردها برابر جرم خورشید است و تصور می‌شود که در قلب بسیاری از کهکشان‌های بزرگ و نه همه آنها وجود داشته باشند. (طبقه سوم از، سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط، به خوبی درک نشده‌اند.)
سیاهچاله‌ها فوق‌العاده جمع و جور هستند. یک سیاهچاله با جرم خورشید دارای عرضی در حدود ۶ کیلومتر است. در مقایسه سیاهچاله کمان A، سیاهچاله غول‌پیکری که تصور می‌شود در قلب راه شیری جای گرفته که جرمی حدود ۴ میلیون برابر خورشید و قطری حدود ۲۳٫۶ میلیون کیلومتر دارد، می‌توان گفت که به لحاظ جرمی، ۴۰ درصد بزرگتر از  مدار سیاره عطارد در اطراف خورشید می‌باشد.
اما سوال این است: چه می‌شود اگر خورشید نیز یک سیاهچاله داشته باشد؟
ریموند می‌گوید: یک سوال رایج در کلاس‌های فیزیک این است که تصور کنید چه تغییری به وجود خواهد آمد اگر خورشید با  یک سیاهچاله دارای جرم مشابه جایگزین شود. پاسخ این است که هیچ چیز در مدار سیارات تغییر نخواهد کرد و  اگر سیاهچاله، جرمی مشابه خورشید داشته باشد، مدار آن باقی خواهد ماند. ریموند افزود: لکن در چنین سناریویی زندگی در زمین به صورت محسوسی از عدم وجود نور و گرما رنج خواهد برد.

چند سیارۀ قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله وجود دارد؟
اگر خورشید دارای یک سیاه¬چاله همدم با جرم مشابه خودش باشد که در فاصله¬ای در حدود یک دهم واحد نجومی(AU) نزدیکی آن چرخش کند، مدار سیارات منظومه شمسی تغییر زیادی نخواهد کرد. (فاصله زمین و خورشید برابر با  یک واحد نجومی یعنی حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر می باشد). با این حال، فرض بر این است که این سیارات در آن زمان نیز همین فاصلۀ فعلی را از خورشید حفظ خواهند کرد؛ لذا کشش گرانشی خورشید و سیاهچالۀ آن باعث می‌شود که این سیارات مدارهای خود را سریع‌تر بپیمایند، و سال زمین از ۳۶۵ روز به ۲۵۸ روز کاهش خواهد یافت.
در سناریوی فوق، خورشید و سیاهچاله هر ۲٫۹ روز یک بار مدار یکدیگر را تکمیل می‌کنند. این بدان معنی است که مقدار انرژی که زمین از خورشید دریافت می‌کند با دور یا نزدیک شدن خورشید به زمین در بازه ی ۹۰ تا ۱۱۰ درصد نوسان خواهد داشت. ریموند خاطرنشان کرد: «این روند درست همانند طی نمودن فاصله بین نیویورک و میامی و بازگشت از میامی در طی ۲٫۹ روز است.»
اگر سیاهچاله غول‌آسا دارای یک حلقه از سیاره‌ها به دور خود باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟
ریموند علاوه بر تصور حیات در اطراف یک سیاهچاله با جرم ستاره‌ای، به بررسی این موضوع پرداخته که چگونه بسیاری از سیارات قابل سکونت ممکن است در اطراف یک سیاهچاله غول‌پیکر که دارای جرمی معادل ۱ میلیون برابر جرم خورشید است، شکل  بگیرند. او گفت: «این جرم تقریبا برابر با اندازۀ سیاهچاله مرکزی راه شیری است.  در اطراف خورشید، مدارهایی که سیارات در درون آن حرکت می‌کنند، تا زمانی که کشش گرانشیشان، آنها را از خورشید دور کند می‌توانند به یکدیگر نزدیک شوند. ریموند خاطر نشان کرد که حدود شش سیاره همانند زمین می‌تواند در مدارهای ثبات درون منطقه قابل سکونت خورشیدی قرار بگیرد.

چند سیارۀ قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله وجود دارد؟
در مقابل، کشش گرانشی سیاهچاله بسیار عظیم، بسیار قوی خواهد بود و، به اندازه ای زیاد است که به راحتی می‌تواند سیارات مذکور  را در خود غرق کند. لذا ریموند به این نتیجه رسید که اگر خورشید با سیاهچاله ای که دارای جرمی چندین برابر منظومه شمسی است جایگزین شود، ۵۵۰ سیاره با جرمی برابر زمین می‌توانند در مدارهای ثابت خود و در ناحیه قابل سکونتش قرار بگیرند. گرانش سیاهچاله غول‌پیکر قویتر از هر سیاره نزدیک به سیاهچاله است. لذا منطقه قابل سکونت گسترده‌ای را برای سیارات به وجود خواهد آورد، اگر چه این سیارات به اندازه‌ای به هم نزدیک نیستند که یکدیگر را در هم شکنند.
یکی از راهای ایجاد یک منطقه قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله بسیار عظیم، قرار دادن ستاره‌هایی بین آن و سیارات است. ریموند در این خصوص می‌گوید: یک حلقه متشکل از ۹ ستارۀ شبه خورشیدی با فاصله ۰٫۵ واحد نجومی از  یک سیاهچاله که دارای جرمی برابر با میلیون‌ها برابر خورشید است، سبب می‌شود که هر یک از ۵۵۰ سیاره شبه زمین در این سناریو به طور بالقوه قابل سکونت باشند.
ریموند خاطرنشان کرد: «زندگی در چنین سیاراتی بسیار جالب خواهد بود. چرا که تنها چند روز طول می‌کشد تا مدار اطراف سیاهچاله تکمیل شود یعنی این بازه در حدود ۱٫۶ روز در لبه درونی منطقه قابل سکونت و ۴٫۶ روز در لبه بیرونی طول می‌کشد. ریموند خاطر نشان کرد: «در نزدیکترین مسیر بین دو سیاره فاصلۀ بین این جهان‌ها حدود دو برابر فاصله زمین تا ماه است.» در واقع در مقارنه، نزدیکترین همسایۀ  یک سیاره در حدود دو برابر اندازه ماه کامل در آسمان ظاهر خواهد شد.
ریموند گفت، همسایۀ بعدی، تنها دو برابر دورتر خواهد بود، و به نظر می رسد در طول مقارنه به انداه ماه کامل به نظر بیاید. او افزود که چهار سیاره دیگر در طول مقارنه،  حداقل دارای اندازۀ نصف ماه کامل خواهند بود. او گفت: «مقارنه‌ها بسیار به ندرت و حدود یک بار در هر مدار اتفاق می افتد، بنابراین اگر در چنین سیاره‌ای زندگی کنید  هر چند روز یک بار شاهد عبور مجموعه‌ای از سیارات غول‌پیکر در آسمان خواهید بود.
ریموند گفت:« “۹ ستاره شبه خورشید” نیز در این آسمان به چشم خواهند خورد. که هر یک از آنها مدار اطراف سیاهچاله را هر ۳ ساعت تکمیل می‌کنند. این بدان معناست که هر ۲۰ دقیقه، یکی از خورشیدها از پشت سیاهچاله عبور می‌کند. هنگامی که یک خورشید از  پشت سیاهچاله عبور می‌کند، گرانش سیاهچاله نور آن را منحرف می‌کند و می‌تواند مانند یک لنز عمل کند. این فرایند نور خورشید را به سمت سیاره متمرکز خواهد کرد. و شکل خورشید را به شکل یک حلقه با نوری فوق‌العاده ملایم تبدیل خواهد کرد. علاوه بر این، نور ستاره می‌تواند توسط گرانش سیاه چاله گسترش یابد. ستاره‌های نزدیک به سیاهچاله به نظر قرمزتر خواهند آمد و آنهایی که از سیاهچاله دورتر هستند، سیاه‌تر دیده می‌شوند.»
یک میلیون سیاره در اطراف سیاهچاله
در سناریوی پیشین، هر سیاره در اطراف سیاهچاله غول آسا در مدار خود تنها بود. لذا ریموند به مدل‌سازی این موضوع پرداخت که چه اتفاقی خواهد افتاد اگر چندین سیاره مدار خود را در اطراف یک سیاهچاله با میلیون‌ها خورشید به اشتراک بگذارند. قبلا، ریموند محاسبه کرده بود که ۴۲ سیاره با جرم زمین می‌توانند در یک حلقۀ ۱ واحد نجومی خورشیدی گردش کنند.
ریموند برای داشتن یک حلقه پایدار از سیارات، بدین امر اشاره کرد که سیارات موجود در یک حلقه باید دارای جرم تقریبا برابری باشند. همچنین باید حداقل هفت سیاره در چنین حلقه‌ای وجود داشته باشد و آنها باید در امتداد مدار دایره‌ای دارای فاصله مساوی باشند. ریموند، با توجه به یک سیاهچاله میلیون خورشیدی که دارای مداری با ۹ ستاره مانند خورشید است، محاسبه نمود که یک ملیون سیاره با جرم زمین، می‌توانند در مناطق قابل سکونت موجود در ۴۰۰ حلقه جای گیرند و هر کدام از این ۴۰۰ حلقه می‌توانند ۲۵۰۰ سیاره را در فاصله‌ای برابر زمین تا ماه در خود جای دهند.

چند سیارۀ قابل سکونت در اطراف یک سیاهچاله وجود دارد؟
در این سناریو، سیاره‌ها برای تکمیل مدار، در هر جایی از ۱٫۶ تا ۴٫۶ روز جای می‌گیرند. ریموند به جای قرار دادن نه ستاره مانند خورشید بین سیاهچاله و سیاره، ۳۶ ستاره مانند خورشید را در یک حلقه ۶ واحد نجومی گسترده قرار دارد. و گفت، در این سناریو، «هر سیاره از تمام جهات در نور خورشید غوطه‌ور است و هیچ شبی وجود ندارد.” “این مثال درست مانند سیاره همیشه در روز “آسیموف کاگاش” است.»
ریموند در پایان سخنانش افزود: «شما هرگز در این سیستم‌ها احساس تنهایی نخواهید کرد چرا که دیگر سیارات در آسمان به چشم خواهند خورد. سیارات همسایه حدود ۱۰ برابر نزدیک‌تر از ماه به زمین هستند، به این معنی که آن‌ها در حدود ۴۰ برابر بزرگ‌تر از ماه کامل می‌باشند.» این درست مانند یک لپ‌تاپ است که در بین بازوهای شما جای گرفته باشد.
در سناریوی دوم، این سیارات که بسیار نزدیک به سیاهچاله هستند، مدار خود را در حدود ۹ ساعت به پایان می‌رسانند. این بدان معنی است که آن‌ها با سرعت‌های فوق‌العاده‌ای – حدود ۱۰ درصد سرعت نور – گردش خواهند داشت. ریموند در این خصوص می‌گوید، بر اساس نظریه اینشتین دربارۀ نسبیت خاص، به نظر می‌رسد زمان برای سیاره نزدیک‌تر که به سرعت نور نزدیک می‌شود کندتر می‌گذرد، بنابراین “دو نوزاد که در یک لحظه در حلقه‌های متفاوتی متولد شده‌اند دارای سرعت‌هایی هستند که اندکی باهم متفاوت می‌باشد.» در واقع نوزاد در حلقه داخلی کمی آرام‌تر حرکت می‌کند.
ریموند گفت، تفاوت در سرعت بین حلقه‌ها به اندازه‌ای زیاد خواهد بود که به احتمال زیاد باعث می‌شود که حرکت یک سفینه فضایی از یک حلقه به دیگری با هرکدام از فنّاوری‌های فعلی غیر ممکن باشد. با این حال، هر جهان حلقه خود را با هزاران حلقه‌ی دیگر به اشتراک گذاشته، و لذا تفاوت سرعت نسبی بین سیارات همسایه تقریباً صفر است. درواقع “یک آسانسور فضایی می‌تواند سیارات را به هم متصل کند.
اگر هر یک از جفت سیاره‌های همسایه در امتداد یک حلقه خاص به هم متصل شده باشند، آن را به یک رینگ ورد (جهان مدور)، تبدیل خواهند کرد که همانند ساختار غول‌پیکر بیگانه در حماسه علمی تخیلی لری نیوان خواهد بود. “تفاوت بین این ساختار و رینگ ورد کتاب لری نیوان این است که در این مورد هیچ سطح قابل حیاتی در بین سیارات وجود نخواهد داشت.
اما سؤالی که پیش می‌آید این است که چنین سیستم‌های متشکل از میلیون‌ها سیاره‌ای ممکن است از کجا به وجود آیند؟ ریموند در این خصوص می‌گوید: «من می‌توانم بیگانگان فوق‌العاده پیشرفته‌ای را تصور کنم که سیستمی مانند منظومه شمسی را بعنوان یک اثر هنری کیهانی، مانند ساخت نوعی آسمان‌خراش یا توده یخ‌های شناور نقاشی شده بسازند. اگر این موضوع را باور نمی‌کنید به این امر بیاندیشید که وجود ما در مقیاس کیهانی چقدر خیالی به نظر می‌آید.»
ریموند گفت: «شاید بیگانگان این نوع سیستم را بعنوان یک باغ‌وحش ایجاد کنند.  آن‌ها می‌توانند در این عرصۀ گسترده طیف متوعی از گرم‌ترین تا سردترین شرایط آب و هوایی را داشته باشند و این سیارات را با انواع موجوداتی که از سراسر جهان جمع‌آوری نموده‌اند پر کنند. البته آن‌ها باید مراقب باشند که ترکیبات اشتباهی از انواع موجودات فضایی را در یک حلقه از سیاره‌ها قرار ندهند، زیرا این کار عاقبت خوبی نخواهد داشت.»
در کل، “در نظر گرفتن این موضوع که تمام این سیستم‌های سیاره‌ای ممکن است در خارج از عرصه‌ی دید ما وجود داشته باشند مفید است. “برخی از اکتشافات ممکن است با” رفتن به این‌گونه فضاها “و مشاهده‌ی تصورات احتمالی‌ای که بسیار دور از حقیقت به نظر می‌رسند ممکن باشد. این سیستم‌ها ترکیبی از داستان‌های علمی تخیلی و حقیقت هستند. ریموند در پایان سخنان خود بیان کرد: «اصلی‌ترین چیزی که من می‌خواهم این است که سعی کنیم محدودیت‌های تفکری خود را کنار بگذاریم.»


منبع: بیگ بنگ

نجوم | کاوش‌های فضایی |

نظر شما
اخبار مرتبط

نسبیت عام اینیشتین از آزمون سیاه‌چاله روسفید بیرون آمد

1397/05/07
ابرسیاه‌چاله‌ای که در مرکز کهکشان ما قرار دارد به اخترشناسان کمک کرد تا یکی از مهم‌ترین پیش‌بینی‌های اینیشتین را ثابت کنند. این پیش‌بینی اینیشتین به سرخ‌گرایی گرانشی (gravitational redshift)...

سیاه‌چاله‌ها به کوتوله‌های سفید حیات مجدد می‌بخشند!

1397/06/20
سیاه‌چاله‌ها همواره نمادی از بالاترین حد ویرانگری هستند، آن‌ها همه‌چیز را می‌بلعند و در یک‌لحظه حجم غیرقابل‌باوری از موارد را در دهلیزها و مغاک‌های تاریک خود فرومی‌برند. اما این‌همه ماجرا...

پربازدیدکننده ترین خبر

بحران سایوز در روسیه

به دنبال حادثه شکست سایوز ام.اس-۱۰ (Soyuz-ms10) در پرتاب روز ۱۱اکتبر, طی چند روز گذشته گروه بزرگی از جست‌وجوگران توسط روسکاسموس (Roscosmos) اجیر شده‌اند تا منطقه سقوط حامل فضایی را وجب به وجب بگردند و قطعات حامل فضایی سقوط کرده را جمع‌آوری کنند. در پی کار این افراد تقریبا تمامی قطعات حامل فضایی سقوط کرده، پس از بسته‌بندی و کدگذاری به شرکت پروگرس (progress) سازنده حامل فضایی سایوز در شهر سامارا فرستاده شدند تا توسط مهندسان و کارشناسان مورد بررسی قرار بگیرند. گروهی از متخصصان به سرپرستی دیمیتری راگوزین (Dmitry Rogozin)، رئیس سازمان فضایی روسیه، بعد از رسیدن قطعات هم به سامارا رفتند تا در محلی که قطعات مراحل اول و دوم حامل فضایی سایوز به آن تحویل داده شد, ناظر بررسی‌ها بر روی این قطعات باشند. براساس اسناد و مدارک، هزینه‌های پرواز بیش از ۳میلیون روبل (به‌طور دقیق ۳،۱۳۰،۹۷۵روبل ۱۲کپک به اضافه ۴۷۵،۰۱۳روبل به عنوان مالیات بر ارزش افزوده) بوده است! سرنشینان فعلی ایستگاه تنها تا حدود اواخر دسامبر وقت دارند به زمین بازگردند و اگر بررسی‌ها بیشتر طول بکشد برای بازگرداندن آن‌ها باید سفینه سایوز جدیدی -البته بدون سرنشین- به فضا فرستاده شود. از سوی دیگر با توجه به سوراخی که در سفینه سایوز متصل به ایستگاه به‌وجود آمد, کارشناسان روسکاسموس معتقدند باید فضانوردان با راهپیمایی فضایی, بدنه خارجی آن را مورد بررسی قرار دهند و راهپیمایی هم مستلزم حضور دو فضانورد است در حالی که فعلا تنها یک فضانورد روس در ایستگاه فعال است و قرار بود بررسی بدنه خارجی را آوچنین به همراه او انجام دهد که به دلیل سقوط سایوز نتوانست به ایستگاه فضایی بین‌المللی برسد. روسکاسموس تلاش دارد هرچه زودتر از این مخمصه نجات پیدا کند و بتواند با رفع مشکل فنی حامل فضایی بالابرنده, ناو سرنشین‌دار دیگری به ایستگاه فضایی بین‌المللی بفرستد.