سیاهچاله ها قابل رویت نیستند و در واقع نامرئی اند، زیرا حتی نور نیز در دام آنها گرفتار می شود. تشریح بنیادی سیاهچاله ها بر اساس معادلات موجود درتئوری نسبیت عام  آلبرت اینیشتین مطرح شد. این تئوری در سال 1916 منتشر گردید.

خصوصیات سیاه چاله ها

نیروی گرانش نزدیک یک سیاهچاله بسیار قوی است چرا که همه ذرات سیاهچاله در یک نقطه در مرکزآن متمرکز شده اند. فیزیکدانان به این نقطه، نقطه تمرکز (singularity) می گویند و بر این باورند که اندازه آن از هسته یک اتم نیز کوچک تر است.

به سطح یک سیاهچاله افق رویداد می گویند. این سطح یک سطح معمولی قابل دیدن یا لمس کردن نیست. در افق رویداد، کشش نیروی گرانش بینهایت قدرتمند است. یک شی در این منطقه تنها برای یک آن می تواند حضور داشته باشد و سپس در ذرات نورغرق شده و فرو می رود.

ستاره شناسان برای تعیین اندازه یک سیاهچاله شعاع افق رویداد را اندازه می گیرند. شعاع یک سیاهچاله بر حسب کیلومتر برابر است با سه برابر جرم خورشیدی اجرام موجود در سیاهچاله. جرم خورشید برابر است با یک جرم خورشیدی.

هیچ سیاهچاله ای به طور دقیق هنوز کشف نشده. دانشمندان برای اثبات این که یک جرم فشرده یک سیاهچاله است بایستی اثراتی را اندازه گیری کنند که تنها یک سیاهچاله قادر به اعمال و ایجاد آنها می باشد. انحنای شدید موج نور و کند شدن بیش از حد زمان می توانند دو نمونه از آثار وجود یک سیاهچاله باشند. اما ستاره شناسان اجرام فشرده ای را پیدا کرده اند که با کمی تردید می توان آنها را سیاهچاله فرض نمود و ادامه این مقاله نیز بر اساس این یافته ها می باشد.

 

نمایی حقیقی در طیف پرتو ایکس از انتشار جت مواد از دو سوی سیاه چاله

 

تشکیل سیاه چاله ها

 

طبق نظریه نسبیت عام، یک سیاهچاله زمانی ایجاد می شود که یک ستاره سنگین سوخت هسته ای خود را به اتمام می رساند و پس از آن توسط نیروی گرانش خودش فشرده می گردد. تا هنگامیکه ستاره در حال مصرف سوخت می باشد، انرﮊی ناشی از آن تعادل ستاره را در برابر نیروی گرانش حفظ می کند. پس از اتمام سوخت ستاره دیگر قادر به تحمل گرانش خود نیست در نتیجه مرکز ستاره دچار فروریختگی (رمبش) می شود. اگر جرم مرکز ستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، ظرف کمتر از یک ثانیه مرکز ستاره فرو می ریزد.

 

 

نمایی خیالی از بلعیدن شدن ستاره ای توسط سیاه چاله همدمش

سیاه چاله های کهکشانی

اغلب ستاره شناسان بر این باورند که کهکشان راه شیری— کهکشانی که منظومه شمسی ما در آن قرار گرفته – شامل میلیونها سیاهچاله است. دانشمندان تعدادی از آنها را در راه شیری پیدا کرده اند. این اجرام در ستاره های دوتایی که اشعه ایکس گسیل می کنند وجود دارند. یک ستاره دوتایی، یک جفت ستاره اند که دور یکدیگر می چرخند.

در یک ستاره دوتایی که شامل یک  سیاهچاله و  یک ستاره معمولی است، ستاره در فاصله نزدیکی از سیاهچاله در گردش است. در نتیجه، سیاهچاله گازهای ستاره را به شدت به درون خود فرو می برد. سایش و اصطکاک اتم های موجود در این گازها در منطقه افق رویداد دمای گازها را به چندین میلیون درجه می رساند. به دنبال آن، انرﮊی به صورت اشعه ایکس از این گازها متشعشع می گردد. ستاره شناسان این تشعشعات را با استفاده از تلسکوپ اشعه ایکس تشخیص می دهند.

ستاره شناسان بر اساس دو دلیل می پذیرند که یک ستاره دوتایی شامل سیاهچاله می باشد: 1- هر دوتایی که یک منبع شدید و متغیر از اشعه ایکس است. وجود این اشعه ها اثبات کننده وجود یک ستاره فشرده است. این ستاره فشرده ممکن است یک سیاهچاله و یا جرمی با فشردگی کمتر یعنی ستاره نوترونی باشد. 2- یک ستاره مرئی با چنان سرعتی در مدار خود در گردش است که تنها یک جرم با سه برابر جرم خورشید ممکن است عامل این سرعت باشد.

 

 

نمایی خیالی از سیاه چاله

 

سیاه چاله های ابر پر جرم

 

دانشمندان بر این باورند که همه کهکشانها دارای یک سیاهچاله ابر پر جرم در مرکز خود می باشند. گمان می رود جرم هریک از این سیاهچاله ها بین یک میلیون تا یک میلیارد جرم خورشیدی باشد. ستاره شناسان به اینکه این سیاهچاله ها میلیارد سال پیش در اثر گازهای متمرکز شده در مرکز کهکشانها تولید شده باشند مظنون می باشند.

دلایلی قطعی وجود یک سیاهچاله ابر پر جرم در مرکز کهکشان راه شیری را اثبات می کنند . ستاره شناسان بر این باورند که این سیاهچاله یک منبع عظیم از امواج رادیویی  به نام سگیتاریوس آ (Sagittarius A* (SgrA*)) می باشد. مهمترین دلیل برای اینکه ثابت نماید SgrA یک سیاهچاله ابر پر جرم می باشد، سرعت حرکت ستاره ها به دور آن است. سریعترین ستاره که تا به حال در کهکشان راه شیری مشاهده شده هر 2/15 سال یکبار به دور SgrA با سرعت 5000 کیلومتر (3100 مایل) در ثانیه گردش می نماید. حرکت این ستاره، ستاره شناسان را متقاعد می کند که شئ سنگینی چندین میلیون برابر جرم خورشید در مرکز مدار این ستاره وجود دارد. تنها جرم شناخته شده که می تواند به این سنگینی باشد و در مرکز مدار این ستاره قرار بگیرد یک سیاهچاله است