تلاش برای دیدن سایه سیاهچاله

به گفته اخترشناسان طی چند سال آینده میتوان سایه کلی سیاهچاله واقع در مرکز کهکشان راه شیری را مشاهده کرد.

در هسته کهکشان راه شیری یک سیاهچاله پرجرم قرار دارد که نور را به درون خود می مکد و بدین ترتیب باعث نامرئی شدن خود می شود. اما اختر شناسان می گویند که طی چند سال آینده قادر خواهند شد سایه کلی این سیاهچاله را مشاهده کنند.

آوری برادریک (Avery Broderick) از مرکز اختر فیزیک هاروارد می گوید" کلید و اساس اختر شناسی سیاهچاله ای اکنون در چنگ ماست. ما اکنون می توانیم سایه ای که سیاهچاله بر روی مواد اطراف خود می اندازد مشاهده کرده و اندازه و چرخش خود سیاهچاله را تعیین کنیم.هیچ چیز حتی نور نمی تواند از حوزه گرانشی شدید یک سیاه چاله فرار کند. و به دلیل اینکه از خود نور یا هر گونه شکلی از ماده منتشر نمی کند ، مدرک قابل روئیتی از وجود آنها در دست نیست. اما همینکه ماده به داخل کشیده می شود ، گرم شده و انرژی را به صورت "نقاط داغ" (Hot Spots) منتشر می کند. بخشی از این تابش فرار کرده و قابل ردیابی می گردد. اختر شناسان قبلا تابش ناشی از نقاط داغ را درست بیرون از سیاهچاله ردیابی کرده اند. آنها عقیده دارند که این تابشها پس زمینه ای را ترسیم می کند که شناسه و به عبارت دیگر سایه سیاهچاله بر روی آن خودنمائی می کند.به دلیل اینکه فن آوری جهت روئیت این سایه تا چند سال آینده امکان پذیر نخواهد بود ، برادریک و آویل اوب از مرکز اختر فیزیک هاروارد مدلی را طراحی کرده اند که ظاهر این سایه را پیش بینی می کند.

نقطه داغ تابش به دور سیاهچاله می چرخد اما محققین نمی دانند که آیا خود سیاهچاله هم می چرخد یا نه. بنابراین Broderick و Loeb دو حالت را ایجاد کردند : یکی سیاهچاله بدون حرکت و دیگری چرخش با حداکثر سرعت. در هر کدام از حالتها ، نقطه داغ بصورت یک حباب با رنگهای رنگین کمانی که به دور یک صفحه آبی سخت می چرخد نمایش داده می شود. صفحه آبی نمایانگر صفحه پیوسته سیاهچاله است که ماده در آن جمع و داغ می شود تا در نهایت به درون خود سیاه چاله مکیده شود.برادریک می گوید" مشاهده تمام وقایع تا لبه سیاهچاله واقع در مرکز کهکشان راه شیری یک رصد واقعا قابل ملاحظه است: چاله ای با قطر 10 میلیون مایل که بیش از 25.000 سال نوری دور می باشد. بمنظور روئیت این سایه ، اختر شناسان به رادیو تلسکوپی نیاز دارند که به بزرگی کره زمین باشد. یک چنین تلسکوپی کما بیش درتحقیقات استفاده می شود. به جای رادیو تلسکوپی که اندازه غول آسای آن امکان ساخت را غیر ممکن می کند ، اختر شناسان قرائتهای مجموعه ای از تلسکوپهای submillimeter سراسر قاره را ادغام خواهند کرد.

قبلا از این روش که interferometry نامیده می شود برای مطالعه پرتوها و علائم طول موج بلند فضای خارج استفاده شده است. اختر شناسان معتقدند که بررسی علائم طول موج کوتاه می تواند تصاویری با کیفیت بالا از ناحیه بیرونی سیاهچاله ایجاد کند. چاه گرانشی موجود در مرکز کهکشان راه شیری بهترین هدف برای رصد با استفاده از interferometry می باشد زیرا این روش وسیع ترین منطقه از آسمان را برای رصد سیاهچاله پوشش می دهد. ادغام نتایج رصدهای انجام شده توسط ابزارهای فروسرخ می تواند تصویر با کیفیت تری بوجود آورد.لینکولن گرین هیل (Lincoln Greenhill) از مرکز اختر فیزیک هاروارد می گوید: رصدهای فرو سرخ و Submillimeter مکمل یکدیگر هستند. ما می باید هر دو روش را برای بوجود آوردن با کیفیت ترین رصدها مورد استفاده قرار دهیم. این تنها راهی است که بتوان یک تصویر کامل از مرکز کهکشانی بدست آورد." اما یک تصویر واضح و شفاف از این سیاهچاله تنها حسن شناسائی و رویت سایه آن نیست. این داده ها در نهایت به اختر شناسان کمک خواهد کرد تا فرضیه نسبیت عام انیشتین را در میان میدان گرانشی شدیدا قدرتمند یک سیاهچاله مورد آزمایش قرار دهند.زمانیکه اختر شناسان به این هدف نایل شوند ، اولین تصویر از سایه سیاهچاله و صفحه یکنواخت درون آن به کتابهای درسی راه خواهد یافت و نظریات ما در مورد گرانش گستره فضا- زمان که قویا منحنی تصور می شود مورد آزمایش قرار خواهند گرفت.

---

ماده تاریک روی فیلم عکاسی

پس از سی‌سال تلاش، دانشمندان توانستند نشانه‌هایی از ذره اکسیون، یکی از مهمترین نامزدهای ماده تاریک را پیدا کنند.



بالاخره پس‌از سال‌ها تلاش، دانشمندان توانستند ردپای یکی از گریزان‌ترین ذرات تشکیل‌دهنده ماده تاریک را تشخیص دهند. این ذره که جرم، بار الکتریکی خنثی و نیمه‌عمرش با ذره اکسیون هم‌خوانی دارد، ردپایش را روی یک صفحه عکاسی برجا گذاشته است.
ذره خیالی اکسیون بیش‌از سی سال پیش به جهان فیزیک معرفی شد و دانشمندان در مقالات مختلفی نشان دادند که این ذره می‌تواند نامزد مناسبی برای ماده تاریک باشد. در اوایل سال جاری نیز نشانه‌های ذره‌ای مشابه اکسیون دیده شده بود، اما آزمایش‌های تکمیلی نشان داد که این ذره جدید با خواص ماده تاریک سازگار نیست.


اما پیر جین و گورماخ سینگ، فیزیک‌دانان دانشگاه ایالتی نیویورک توانسته‌اند ردپای اکسیون را در نتایج آزمایشی که در سال 1996 در مرکز تحقیقات فیزیک هسته‌ای اروپا، سرن انجام شد، پیدا کنند. تحلیل داده‌های این آزمایش سال‌ها است که ادامه دارد، زیرا این دو فیزیک‌دان به‌جای آن‌که از دستگاه‌های آشکارساز خودکار سرن استفاده کنند، شیوه‌ای نسبتا قدیمی را به‌کار بستند که به امولوسیون هسته‌ای معروف است. در این روش، صفحات عکاسی متعددی روی یکدیگر قرار می‌گیرند تا ردپای ذرات را به‌شکل سه‌بعدی ثبت کنند. پس‌از انجام آزمایش، دانشمندان هر صفحه عکاسی را زیر میکروسکوپ آزمایش می‌کنند و ردهای برجامانده از تک‌تک ذرات را بررسی می‌کنند؛ و به‌همین دلیل است که تحلیل داده‌های آزمایش امولوسیون هسته‌ای بسیار زمان‌گیر است.
اما این آزمایش مزیت دیگری نیز دارد و آن، دقت بسیار بالای این آزمایش است. از سوی دیگر، امولوسیون هسته‌ای می‌تواند رد ذرات بسیار کم‌عمر را نیز ثبت کند؛ درحالی‌که آشکارسازهای خودکار معمولا این ذرات را شناسایی نمی‌کنند. سینگ و جین ادعا می‌کنند توانسته‌اند 350 رد مربوط به اکسیون را در آزمایش خود شناسایی کنند.

نحوه تشکیل منظومه شمسی

خورشید ما کمی بیش از چهار و نیم میلیارد سال پیش تشکیل شده است. خورشید ما نیز مثل هر ستاره دیگری در جهان به شکل توده در هم پیچیده ای از ابرهای گازی که عمدتا از هیدروژن و هلیم تشکیل شده بود به وجود آمده اما خرده ریزه هایی که از انفجار سایر ستاره ها باقی مانده بودند، غبارهای بسیار ریز کیهانی که از عناصر سنگین تر همانند کربن، اکسیژن، آلومینیوم، کلسیم و آهن تشکیل شده بودند، نیز در سرتاسر این ابرها پراکنده بودند. این ذرات گرد و غبار که حتی از ذرات غباری که لبه پنجره می نشیند، کوچک تر است، به عنوان نقاط تجمع در سحابی خورشیدی عمل می کند. سایر موارد از جمله یخ، دی اکسید کربن منجمد، دور این نقاط گردهم می آیند و بدین ترتیب این ذرات کم کم بزرگ و بزرگ تر شده و به اجرامی به اندازه یک دانه شن، یک صخره و نهایتا یک تخته سنگ تبدیل می شوند. طی چند میلیون سال، تریلیون ها تریلیون قطعه یخی، سنگ ریزه و اجرام فلزی در اطراف خورشید جوان گردهم می آیند. طی ربع میلیارد سال بعد بسیاری از این اجسام در یکدیگر ادغام شده و بدین شکل سیارات بزرگ ، اقمار، سیارک ها و اجرام موجود در کمربند کوئیپر به وجود می آیند. (برای کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله tightening our kuiperbelt که در شمار فوریه 2003 نشریه Natural History به چاپ رسیده است مراجعه کنید.) اجرام کوچکتری که حول خورشید در حال چرخشند، طی مدت های طولانی که از تشکیل آنها گذشته است، چندان تغییر نکرده اند.

بعضی وقت ها یکی از این قطعات سرگردان که باقیمانده های تشکیل سیارات محسوب می شوند با سطح زمین برخورد می کنند. هنگامی که قطعات با زمین برخورد کنند، شهاب سنگ نامیده می شوند. مجموعه داران شهاب سنگ ها را برحسب میزان جلب توجهشان قیمت گذاری می کنند، اما اخترشناسان این اجرام را با توجه به تاریخ شان ارزش گذاری می کنند. همانطور که سنگواره های گیاهان و جانوران، داستان حیات در زمین را ثبت می کنند، این اجرام نیز داستان منظومه شمسی را در سال های اولیه آن ثبت کرده اند. بعضی اوقات نیز این امکان وجود دارد که از آنها برای بررسی تاریخ شکل گیری منظومه شمسی استفاده کنیم. در تحقیقات جدید که توسط شوگوتاچیبانا (Shogo Tachibana) و گری هاس (gary Houss) در دانشگاه ایالتی آریزونا انجام شده است نیز دقیقا همین کار صورت گرفته است؛ یعنی آنها با بررسی آهن رادیواکتیو - یا به عبارت بهتر - تحقیق روی دوتا از قدیمی ترین شهاب سنگ های شناخته شده، توانستند گام دیگری به شناخت حوادثی که به تولد خورشید منجر شد، بردارند. آهن موجود در زمین رادیواکتیو نیست، یا حداقل در حال حاضر رادیواکتیو نیست. بیش از 90 درصد آهنی که در زندگی روزمره با آنها سروکار داریم، از جمله آهنی که در ساختمان ها به کار می رود یا آهن موجود در کلم بروکسل و خون، حاوی 26 پروتون و 30 نوترون است. سایر اتم های آهن نیز حاوی 28، 31 یا 32 نوترون است. انواع مختلف یک عنصر که ایزوتوپ نامیده می شوند، توسط اختلافی که در تعداد نوترون های هسته آنها وجود دارد، از یکدیگر متمایز می شوند، اما برای نامگذاری آنها مجموع تعداد نوترون ها و پروتون های هسته ذکر می شود؛ بنابراین انواع مختلف آهن به صورت آهن 56 یا آهن 58 و غیره نامگذاری می شود.

تمام این ایزوتوپ های آهن از لحاظ رادیواکتیوی پایدارند. ایزوتوپ های دیگری نیز از آهن وجود دارند اما پایدار نیستند. طی زمان اتم های سازنده ایزوتوپ های ناپایدار به طور خودبه خود ذرات زیر اتمی را از هسته خود منتشر می کنند. این فرآیند (که تلاشی هسته ای نامیده می شود) باعث تغییر در تعداد پروتون ها و نوترون های موجود در هسته می شود و بدین ترتیب یک ایزوتوپ به ایزوتوپ دیگر یا حتی به عنصر متفاوت دیگری تبدیل می شود. در نهایت نیز ایزوتوپ ناپایدار مورد نظر از بین می رود. از سرعت تلاشی رادیواکتیو می توان به عنوان ساعتی برای تعیین زمان حوادث مهمی که در تاریخ زمین یا منظومه شمسی روی داده است، استفاده کرد. حداقل به طور نظری، می توان به اندازه گیری نسبت ایزوتوپ های رادیواکتیو ویژه به محصولات پایداری که طی تلاشی بعضی عناصر به وجود می آید، دریافت که از زمانی که جسم آخرین بار از گونه های رادیو اکتیو غنی شده است، چه مدت زمانی می گذرد با توجه به این نکته که هرکدام از ایزوتوپ های رادیواکتیو با سرعت ثابتی که ویژه آن ایزوتوپ است، تجزیه می شود، سرعت تجزیه را می توان بر حسب مفهوم «نیمه عمر بیان کرد. نیمه عمر نشان دهنده مدت زمانی است که طول می کشد یک ایزوتوپ ویژه تجزیه شده و به ایزوتوپ پایدارتر خود تبدیل شود. اندازه گیری هایی که با استفاده از ایزوتوپ های با عمر کوتاه همانند کربن 14 که دارای نیمه عمر حدود 700/5 سال است، می تواند تاریخ آثار تمدن های اولیه بشری را که در تحقیقات باستانشناسی به دست می آید، نشان دهد.

اما اندازه گیری های صورت گرفته توسط ایزوتوپ های با نیمه عمر طولانی تر، همانند اورانیم 238 که نیمه عمری حدود 5/4 میلیارد سال دارد می توانند تاریخ تشکیل صخره ها، سیارات و ستارگان را بیان کنند. آهن 60 که ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر حدودا 5/1 میلیون سال است طی انفجارهایی که در ستارگان بسیار سنگین یا ابر نواختر (Supernova) روی می دهد، به وجود می آید. از آنجایی که منشا این ایزوتوپ منحصر به فرد است، می توان از این خاصیت مفید برای درک رویدادهای کیهانی استفاده کرد. تاجیبانا و هاس نسبت ایزوتوپی حدود ده نمونه کوچک که از دو شهاب سنگ قدیمی تهیه شده بود را اندازه گیری کردند. این دو جرم که به خاطر مکانی که در آن یافت شده اند، بیشانبور و کریمکا نامیده می شوند (اولی در هند و دومی در اوکراین به دست آمده اند) به دسته ای از اجرام تعلق دارند که طی چند میلیون سال تولد خورشید تشکیل شده اند. تمام آهن 60 موجود در دو نمونه شهاب سنگ مدت ها پیش از بین رفته و به کبالت 60 رادیواکتیو تبدیل شده است. کبالت 60 رادیواکتیو هم به نوبه خود به اتم پایدار نیکل 60 تبدیل شده است.

تاجیبانا و هاس با آزمایشاتی که روی ذرات مواد معدنی موجود در شهاب سنگ ها انجام دادند، دریافتند مقدار اضافی قابل توجهی از نیکل 60 در نمونه موجود است که این نکته نشان دهنده آن است که آهن 60 زمانی در این نمونه ها وجود داشته است. این محققین با استفاده از سایر عناصر و ایزوتوپ ها، به عنوان ساعت مرجع تاریخ آهن 60 را ردیابی کرده و دریافتند که در سحابی خورشیدی اولیه به ازای هر یک میلیارد (109) اتم پایدار آهن 56 حدود 300 اتم آهن 60 داشت. شاید این عدد بسیار کوچک به نظر برسد اما باید گفت این عدد ده برابر نسبت ایزوتوپ هایی است که فعلا در گازهای بین ستاره ای کهکشان راه شیری وجود دارد. این مقدار اضافی از آهن 60 درابتدای تشکیل منظومه شمسی رازهای زیادی در مورد منشا کهکشان ما بیان می دارد.

اخترشناسان می دانند که خورشید از ابرگازی شکلی حاصل شده است. علاوه بر آن می دانیم که عاملی باعث شده است تا این توده ابر به چنان چگالی برانی برسد که به تشکیل خورشید منجر شده است. اما پرسش این است که آن حادثه اولیه چه بوده است؟ طبق مدلی که پیش از این ارائه شده است، امواج انفجار ناشی از ابر نواخترها مظنون اصلی این رویداد است. میزان آهن 60 موجود در این دو شهاب سنگ قدیمی دلایل جدیدی در تأیید این نظر فراهم می کند. احتمالا لایه های در حال انبساط مواد ستاره ای که حاوی اتم های آهن 60 حاصل از انفجار ابر نواخترها بودند، هسته های اولیه ابرهای خورشیدی را تشکیل دادند و به همین دلیل حاوی این ساعت های آهن رادیواکتیو هستند. در همان زمان، نیروی اولیه لازم برای تشکیل خورشید منظومه شمسی و نهایتا زمین فراهم شده است.

شاتل دیسکاوری با موفقیت در فلوریدا به زمین نشست.

شاتل دیسکاوری با هفت سرنشین خود با موفقیت در مرکز فضایی کندی در فلوریدا فرود آمد.









کارشناسان پس از چند روز تردید سرانجام شامگاه جمعه هوا را برای فرود آمدن شاتل مساعد تشخیص دادند. فضانوردان در مأموریتی 13 روزه طی سه پیاده روی، صفحات تازه خورشیدی ایستگاه فضایی (آی اس اس) را سیم کشی و راه اندازی کردند.فضانوردان شاتل همچنین موفق شدند در مأموریتی اضافی یک صفحه خورشیدی ایستگاه بین المللی فضایی را، که فرآیند جمع کردن آن به مشکل برخورده بود، طی یک پیاده روی فضایی تا کنند.

در پی تازه ترین ماموریت شاتل دیسکاوری به ایستگاه فضایی، ناسا می گوید که کار سیم کشی برق ایستگاه کامل و این سیستم فعال شده است.انجام چهار پیاده روی فضایی طی یک ماموریت واحد به فضا بی سابقه است.هدف از تا کردن این صفحه خورشیدی، ایجاد فضا برای صفحات تازه ای بود که اخیرا به ایستگاه منتقل شده است.

ماموریت کنونی شاتل دیسکاوری برای دنبال کردن عملیات ساخت ایستگاه بین المللی انجام می شود. این سومین بار طی شش ماه گذشته است که یک شاتل به ماموریت فضایی می رود.پنج مأموریت فضایی دیگر برای سال 2007 برنامه ریزی شده است.ناسا طی برنامه ای فشرده قصد دارد عملیات احداث ایستگاه بین المللی فضایی را تا پیش از بازنشستگی شاتل ها در سال 2010 به اتمام برساند.برای تکمیل این ایستگاه 100 میلیون دلاری لااقل باید 14 ماموریت دیگر انجام شود