کتاب بهرام

سیاهچاله‌ها (Black Hole) از مرموزترین و جذاب‌ترین پدیده‌های کیهانی هستند. این اجرام با گرانش فوق‌العاده قوی خود حتی نور را نیز به دام می‌اندازند و به همین دلیل "سیاه" نامیده می‌شوند. سیاهچاله‌ها نتیجه‌ی فروپاشی گرانشی ستاره‌های بسیار پرجرم هستند و نقش مهمی در تکامل کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ‌مقیاس جهان ایفا می‌کنند.

تعریف سیاهچاله

سیاهچاله ناحیه‌ای در فضا-زمان است که گرانش آن به قدری شدید است که هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از آن فرار کند. مرز این ناحیه به نام افق رویداد شناخته می‌شود. هر چیزی که از افق رویداد عبور کند، برای همیشه در دام سیاهچاله می‌افتد.

تشکیل سیاهچاله‌ها

انرژی تاریک (Dark Energy) یکی از اسرارآمیزترین مفاهیم در علم کیهان‌شناسی است. این انرژی ناشناخته که حدود ۶۸ درصد از کل کیهان را تشکیل می‌دهد، به عنوان نیرویی در نظر گرفته می‌شود که مسئول شتاب گرفتن انبساط جهان است. برخلاف ماده تاریک، که گرانش آن باعث کشش و تشکیل ساختارهای کیهانی می‌شود، انرژی تاریک به عنوان یک نیروی دافعه عمل می‌کند و کهکشان‌ها را از یکدیگر دور می‌کند.

کشف انرژی تاریک

کشف انرژی تاریک به اواخر دهه ۱۹۹۰ بازمی‌گردد. در آن زمان، دو گروه مستقل از ستاره‌شناسان به نام‌های پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختر (Supernova Cosmology Project) و تیم جستجوی ابرنواخترهای دوردست (High-Z Supernova Search Team) در حال مطالعه ابرنواخترهای نوع Ia بودند. این ابرنواخترها به عنوان "شمع‌های استاندارد" شناخته می‌شوند، زیرا روشنایی ذاتی آنها قابل پیش‌بینی است و از این رو می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری فاصله‌های کیهانی استفاده کرد.

نتایج این مطالعات نشان داد که ابرنواخترهای دوردست کم‌نورتر از حد انتظار هستند،

ماده تاریک (Dark Matter) یکی از بزرگترین معماهای علم فیزیک و کیهان‌شناسی است. این ماده مرموز که حدود ۲۷ درصد از کل کیهان را تشکیل می‌دهد، با نور و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی برهمکنش نمی‌کند و به همین دلیل مستقیماً قابل مشاهده نیست. اما وجود آن از طریق اثرات گرانشی‌اش بر روی اجرام آسمانی مانند کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی اثبات شده است.

شواهد وجود ماده تاریک

۱. سرعت چرخش ستاره‌ها در کهکشان‌ها:
در دهه ۱۹۷۰، ستاره‌شناسان متوجه شدند که ستاره‌ها در لبه‌های کهکشان‌های مارپیچی با سرعتی بیشتر از حد انتظار حرکت می‌کنند. بر اساس قوانین گرانش نیوتن و اینشتین، اگر تنها ماده مرئی (ستاره‌ها، گازها و غبار) وجود داشت، این ستاره‌ها باید با سرعت کمتری حرکت می‌کردند. این ناهماهنگی نشان می‌دهد که مقدار زیادی ماده نامرئی (ماده تاریک) وجود دارد که گرانش اضافی لازم را فراهم می‌کند.

۲. خوشه‌های کهکشانی:

کهکشان‌ها ساختارهای عظیم و پیچیده‌ای هستند که از میلیاردها ستاره، سیاره، گاز، گرد و غبار و ماده تاریک تشکیل شده‌اند. هر کهکشان به عنوان یک واحد بزرگ در کیهان شناخته می‌شود و می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد. کهکشان‌ها در اندازه‌ها و اشکال گوناگون وجود دارند و از نظر تعداد و ویژگی‌های دیگر با یکدیگر تفاوت دارند. در اینجا توضیحی جامع در مورد کهکشان‌ها آورده شده است:

1. تعریف کهکشان

کهکشان‌ها گروه‌های عظیمی از ستارگان، سیارات، گازها، گرد و غبار و ماده تاریک هستند که تحت تأثیر گرانش یکدیگر قرار دارند. در واقع، کهکشان‌ها به مانند جزایر بزرگی در کیهان هستند که در فضای بی‌کران شناورند. به عبارت دیگر، کهکشان‌ها تمام اجرام آسمانی را در خود جای می‌دهند که از نظر گرانشی به یکدیگر متصل شده‌اند.

پنج‌قلوی استفان (Stephan’s Quintet) یکی از مشهورترین و جذاب‌ترین خوشه‌های کهکشانی (galactic group) در آسمان شب است. این خوشه به خاطر ویژگی‌های خاص خود و همچنین به دلیل مطالعات علمی که بر روی آن انجام شده، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در ادامه، به بررسی ابعاد مختلف پنج‌قلوی استفان می‌پردازیم.

۱. تعریف و موقعیت

پنج‌قلوی استفان یک گروه از پنج کهکشان (galaxies) است که در صورت فلکی قنطورس (Pegasus) واقع شده است. این گروه شامل کهکشان‌های NGC 7317، NGC 7318A، NGC 7318B، NGC 7319 و NGC 7320 است. این خوشه به خاطر تعاملات گرانشی (gravitational interactions) بین کهکشان‌ها و همچنین ساختارهای جالبی که در نتیجه این تعاملات به وجود آمده‌اند، شناخته می‌شود.

کهکشان راه شیری (Milky Way Galaxy) یک کهکشان مارپیچی (spiral galaxy) است که منظومه شمسی ما (our solar system) در آن واقع شده است. کهکشان راه شیری یکی از میلیاردها کهکشان موجود در کیهان است و دارای ویژگی‌ها و ساختارهای خاصی است. در ادامه به توضیحات بیشتری درباره کهکشان راه شیری می‌پردازیم.

ویژگی‌های کهکشان راه شیری

1. ساختار:

   • کهکشان راه شیری به شکل یک دیسک (disk) مسطح و پهن با بازوهای مارپیچی (spiral arms) است. این بازوها شامل ستاره‌ها، گاز و گرد و غبار هستند.
   • در مرکز کهکشان، یک هسته (nucleus) متراکم وجود دارد که به احتمال زیاد شامل یک سیاه‌چاله فوق‌العاده بزرگ (supermassive black hole) به نام ساجیتتاریوس A* (Sagittarius A*) است.

2. ابعاد:

   • کهکشان راه شیری تقریباً ۱۰۰ هزار سال نوری (light-years) قطر دارد و شامل حدود ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد ستاره (stars) است.

3. موقعیت: