سیاهچالهها از افراطیترین و شگفتانگیزترین پدیدههای کیهان به شمار میروند.
این اجرام، میدانهای گرانشی فوقالعاده قدرتمندی ایجاد میکنند و به همین دلیل فرصتی کمنظیر برای آزمایش نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین فراهم میآورند؛ آزمایشی که با اجرام کوچکتر هرگز با چنین دقتی امکانپذیر نیست.
با این حال، دانشمندان معتقدند بررسی این اجرام از فاصلههای بسیار دور به تدریج به محدودیتهای خود رسیده و برای دستیابی به اطلاعات بیشتر، باید راهی برای مشاهده مستقیم آنها پیدا شود. به همین دلیل، پژوهشگران مختلف طی سالهای اخیر ایده اعزام یک کاوشگر به نزدیکی سیاهچاله را مطرح کردهاند. یکی از شناختهشدهترین افرادی که این موضوع را دنبال میکند، کوزیمو بامبی از دانشگاه فودان شانگهای است. او بهتازگی مقالهای را در پایگاه arXiv منتشر کرده و در آن توضیح داده است که برای ارسال یک کاوشگر یک گرمی به نزدیکترین سیاهچاله چه فناوریها و امکاناتی مورد نیاز خواهد بود.
نزدیکترین سیاهچاله کجاست؟
#مشکل اصلی این است که ما در حال حاضر هیچ سیاهچاله نزدیکی را نمیشناسیم. نزدیکترین مورد شناختهشده، گایا BH1 است که در صورت فلکی مارافسای قرار دارد و حدود ۱۵۶۰ سال نوری با زمین فاصله دارد. اخترشناسان این جرم را نه بهطور مستقیم، بلکه از طریق اثر گرانشی آن بر ستاره همدمش شناسایی کردهاند. با این وجود، احتمال میرود تعداد زیادی سیاهچاله دیگر در همسایگی کهکشانی ما وجود داشته باشند که به دلیل نداشتن ستاره همراه، هیچ نشانه آشکاری از خود بروز نمیدهند.
تصویرسازی هنری از یک سیاهچاله ستارهای در یک سامانه دوتایی. اعتبار: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser بر پایه نتایج این مقاله، تخمین زده میشود که کهکشان راه شیری میزبان حدود ۱۰۰ میلیون سیاهچاله با جرم ستارهای باشد. این عدد کاملاً واقعی است و به معنای وجود صدها میلیون سیاهچاله هماندازه ستارهها در سراسر کهکشان است. نکته مهم اینکه حدود ۹۲ درصد آنها بهصورت منفرد در فضا سرگردان هستند و ستارهای در کنار خود ندارند. در نتیجه، چون تقریباً تمام نور ورودی را جذب میکنند، مشاهده مستقیم آنها بسیار دشوار است. طبق محاسبات کوزیمو بامبی، بهطور میانگین در هر ۱۵۰۰ پارسک مکعب، معادل تقریباً ۵۲ هزار سال نوری مکعب، یک سیاهچاله با جرم ستارهای وجود دارد. این در حالی است که حجم تقریبی کهکشان راه شیری حدود ۱۵۰ کیلوپارسک مکعب برآورد میشود.
فریزر در بخشی دیگر از این موضوع، درباره نمونهای بزرگتر از یک سیاهچاله که در کهکشان راه شیری کشف شده توضیح میدهد.
احتمال وجود یک سیاهچاله در همسایگی خورشید
#از دیدگاه آماری، این احتمال کاملاً مطرح است که یک سیاهچاله ناشناخته در فاصلهای حدود ۲۰ تا ۲۵ سال نوری از زمین قرار داشته باشد. البته چنین جرمی در این فاصله هیچ تهدیدی برای منظومه شمسی محسوب نمیشود، اما میتواند فرصتی ارزشمند برای طراحی مأموریتی باشد که طی عمر یک انسان به مقصد برسد. نخستین گام، یافتن چنین سیاهچالهای است.
بامبی پیشنهاد میکند اخترشناسان تابشی را جستوجو کنند که هنگام عبور سیاهچاله از میان ابرهای میانستارهای محلی و بلعیدن گازهای موجود تولید میشود. به باور او، بررسیهای چندطولیموجی کنونی احتمالاً توانایی آشکارسازی این سیگنال را دارند.
سفر با بادبان نوری
#اگر فرض کنیم چنین سیاهچالهای پیدا شود و تصمیم به اعزام یک کاوشگر گرفته شود، روش متداول استفاده از موشکها کارآمد نخواهد بود. محدودیتهای بنیادی معادله مشهور موشک باعث میشود رسیدن به جرمی که تنها چند سال نوری فاصله دارد، هزاران سال زمان ببرد. از نظر تئوری، مناسبترین گزینه بهرهگیری از بادبان خورشیدی است که به وسیله پرتوهای لیزر شتاب میگیرد.
از آنجا که لیزر نیروی رانش چندان زیادی تولید نمیکند، طراحی چنین سامانهای اهمیت بسیار بالایی دارد. این طرح از دو بخش اصلی تشکیل میشود. بخش نخست تراشهای در حد یک گرم است که سامانه هدایت، تجهیزات علمی و ابزارهای ارتباطی را در خود جای میدهد. بخش دوم نیز بادبانی دیالکتریک از جنس فرامواد با مساحت حدود ۱۰ متر مربع خواهد بود. یک سامانه لیزری عظیم این بادبان را تحت فشار قرار میدهد تا مجموعه را تنها طی ۱۷ دقیقه به سرعتی معادل یکسوم سرعت نور برساند.
فریزر همچنین در بخش دیگری بررسی میکند که آیا یک سیاهچاله میتواند روزی کهکشان ما را ببلعد یا خیر.
مأموریتی که یک قرن طول میکشد
#اگر کاوشگر بتواند به چنین سرعتی دست پیدا کند، طی حدود ۶۰ تا ۷۰ سال به سیاهچالهای در فاصله ۲۰ تا ۲۵ سال نوری خواهد رسید. با این حال، فناوری لازم برای کاهش سرعت در مقصد وجود ندارد، بنابراین مأموریت تنها به شکل عبوری انجام خواهد شد. کاوشگر هنگام عبور از کنار سیاهچاله باید در کوتاهترین زمان ممکن بیشترین دادههای علمی را جمعآوری کند و سپس اطلاعات را به زمین مخابره کند. ارسال این دادهها نیز حدود ۲۰ تا ۲۵ سال دیگر زمان خواهد برد. در نتیجه، کل مأموریت چیزی بین ۸۰ تا ۱۰۰ سال به طول میانجامد و احتمال زیادی وجود دارد که مهندسان و پژوهشگرانی که آغازگر این پروژه بودهاند، پایان آن را نبینند.
واقعیت این است که فناوری مورد نیاز برای چنین مأموریتی هنوز در اختیار بشر قرار ندارد. ساخت تراشهای یک گرمی که بتواند دههها سفر میانستارهای با سرعت بسیار بالا را تحمل کند و در نهایت دادههای علمی را از فاصله ۲۰ سال نوری با کیفیت مناسب به زمین ارسال کند، فراتر از توان مهندسی امروز است. همچنین هنوز لیزر فضایی قدرتمندی برای رساندن چنین سامانهای به این سرعت طراحی نشده. از سوی دیگر، تاکنون هیچ سیاهچاله شناختهشدهای وجود ندارد که بتوان مقصد این مأموریت را بر اساس موقعیت آن تعیین کرد. افزون بر این، پروژه Breakthrough Starshot که یکی از امیدوارکنندهترین برنامهها برای توسعه چنین فناوریهایی بود، در سپتامبر ۲۰۲۵ متوقف شد.
با وجود همه این محدودیتها، از نظر علمی هیچیک از این موانع غیرقابل عبور نیستند و بیشتر به پیشرفتهای مهندسی وابستهاند. در حال حاضر گروههای پژوهشی مختلف روی توسعه تجهیزات علمی، سامانههای مخابراتی و ابزارهای مورد نیاز چنین مأموریتی فعالیت میکنند و قرار است در تابستان ۲۰۲۷ نیز یک کنفرانس بینالمللی با محوریت این موضوع برگزار شود. هرچند تا دستیابی به یک طراحی عملیاتی کامل هنوز فاصله زیادی باقی مانده، اما هر پیشرفت در حل این چالشها میتواند بشر را یک گام دیگر به تحقق رؤیای اعزام کاوشگر به یک سیاهچاله نزدیکتر کند. تنها کافی است ابتدا یکی از این اجرام پنهان را در نزدیکی زمین پیدا کنیم.
