چه می‌شود اگر در سیاه چاله سقوط کنیم؟

آیا یک ستاره می‌تواند مانند تیوپ خمیردندان فشرده شود، مانند پنکیک تخت شود یا مانند اسپاگتی کش بیاید؟ در نزدیکی سیاه‌چاله چنین اتفاقی رخ می‌دهد. سیاه‌چاله‌ها که در سراسر جهان پراکنده‌اند، اجرامی با گرانش بسیار زیاد هستند که هیچ چیز حتی نور نمی‌تواند از آن‌ها بگریزد. این اجرام می‌توانند کل ستاره‌ها و سیاره‌ها را متلاشی کنند.

سیاه چاله‌ها از هسته‌های چگال و کوچک ستاره‌های مرده به وجود می‌آیند. اگر جرم اولیه‌ی ستاره‌ای تقریبا بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، نیروی گرانش بر دیگر نیروها غلبه خواهد کرد و با فروپاشی بقایای ستاره، سیاه‌چاله متولد می‌شود.

سیاه چاله‌ها اجرامی با چگالی و کشش گرانشی بسیار بالا هستند، به طوری که حتی نور را هم به دام می‌اندازند. ستاره‌شناس‌ها بر این باورند که اغلب کهکشان‌های بیضی‌شکل و مارپیچی دارای سیاه‌چاله‌هایی در مرکز خود هستند.

سه نوع سیاه چاله وجود دارد. سیاه‌چاله‌های ستاره‌ای با جرم یک تا ۱۰۰ برابر جرم خورشید، کوچک‌ترین انواع سیاه‌چاله هستند. آن‌ها پس از فروپاشی هسته‌ی ستاره‌ای بزرگ در فرآیند ابرنواختر شکل می‌گیرند.

سیاه‌چاله‌های بزرگ که به سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم معروف هستند، می‌توانند تا میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر خروشید جرم داشته باشند. تصور می‌شود که این سیاه‌چاله‌ها از طریق ادغام با سیاه‌چاله‌های دیگر و همچنین تغذیه از ستاره‌ها به چنین جرمی رسیده‌اند.

سیاه‌چاله‌هایی با جرم متوسط، دسته‌ی سوم را تشکیل می‌دهند. ماهیت این سیاه‌چاله‌ها هنوز به صورت راز باقی مانده است، زیرا تنها تعداد اندکی از آن‌ها کشف شده‌اند؛ اما به نظر می‌رسد جرم آن‌ها بین ۱۰۰ تا ۱۰۰ هزار جرم خورشیدی متغیر باشد. تصور می‌شود سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم حاصل ادغام این سیاه‌چاله‌ها باشند.

یکی از پرسش‌هایی که ذهن علاقه‌مندان به علم و دانشمندان را به خود مشغول کرده این است: وقتی شخصی بیش از حد به سیاه‌چاله نزدیک شود یا درون آن سقوط کند چه اتفاقی رخ خواهد داد؟

صرف‌نظر از اینکه ماده‌‌ای که به درون سیاه‌چاله سقوط می‌کند، گاز، غبار، سیاره، ستاره یا حتی یک مسافر فضایی باشد، سیاه‌چاله‌ها به اندازه کافی قدرتمند هستند تا هرچیزی را به دام بیندازند.

تأثیر دقیق سیاه‌چاله بر هر کدام از مواد، به جرم سیاه‌چاله وابسته است که بر اساس بزرگی یا کوچکی سیاه‌چاله تغییر می‌کند. با اینکه گرانش سیاه‌چاله به خودی خود عجیب نیست با نزدیک‌شدن اشیاء به آن همه چیز تغییر می‌کند. در اینجا نزدیک به این معنی است که نمی‌توان در مدار پایداری از سیاه‌چاله باقی ماند.

آنچه سیاه‌چاله‌ها و نیروی گرانشی‌شان را از یکدیگر جدا می‌کند، چگالی است. با اینکه اجرامی به سنگینی برخی سیاه‌چاله‌ها وجود دارند، چگالی آن‌ها یکسان نیست. سیاه‌چاله‌ها بسیار سنگین هستند، اما این جرم در محدوده‌ای کوچک‌ انباشته شده است و به چگالی بسیار بالایی می‌انجامد که به نیروی بیشینه‌ی گرانشی سیاه‌چاله منجر می‌شود.

وقتی جرمی بیش از حد به سیاه‌چاله نزدیک شود، نیروهای کشندی را تجربه می‌کند. اینجا روی زمین، اقیانوس‌ها دارای کشندهای بالا و پائین هستند که بر اثر تأثیر گرانشی ماه بر زمین و آب‌های آن به وجود می‌آید؛ بنابراین نیروهای کشندی به پیچش یک جرم به وسیله‌ی جرمی دیگر بر اثر اختلاف در کشش گرانشی روی سمت نزدیک و دور آن جرم گفته می‌شود. به دلیل چگالی بسیار بالای سیاه‌چاله، اجرام نزدیک به آن گرانش بسیار شدیدی را تجربه می‌کنند و از این روی نیروهای کشندی می‌توانند به متلاشی شدن جسم بینجامند.

آثار سیاه‌چاله با نزدیک‌شدن جسم به افق رویداد آن تشدید می‌شوند: افق رویداد نقطه‌ یا مرز بدون بازگشت سیاه‌چاله است که آن‌سوی آن هیچ چیز حتی نور هم نمی‌تواند بگریزد. برای هر جسمی که در سیاه‌چاله سقوط کند، سمت نزدیک‌تر جسم به افق رویداد، کشش گرانشی قوی‌تری را نسبت به سمت دورتر تجربه می‌کند. این اختلال در کشش گرانشی با نزدیک‌شدن جسم به افق رویداد افزایش می‌یابد.

هاوکینگ در کتابش سفر خیالی یک فضانورد به افق رویداد سیاه‌چاله را توصیف می‌کند. بر اساس توصیف هاوکینگ، فضانورد با نزدیک‌شدن به افق رویداد مانند اسپاگتی کش می‌آید و از این رو نام اسپاگتی‌سازی برای این پدیده انتخاب شده است. به باور ستاره‌شناس‌ها، ستاره‌ها در نزدیکی افق رویداد سیاه‌چاله به تیوپ خمیردندان شباهت پیدا می‌کنند.

با این‌حال سیاه‌چاله‌ها فقط اجسام را به اسپاگتی تبدیل نمی‌کنند. همان‌طور که گرانش نزدیک به سیاه‌چاله می‌تواند باعث کشیده‌شدن همه چیز شود، از سویی می‌تواند اجسام را مانند پنکیک تخت کند. این پدیده معمولا در سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم رخ می‌دهد که طی آن ستاره‌های نزدیک به سیاه‌چاله به دلیل نیروهای کشندی، تخت و فشرده می‌شوند. این خمیدگی پنکیکی که عمر کوتاهی دارد، با انفجار انرژی گرماهسته‌ای همراه است.

علاوه بر آنکه گرانش باعث کشیدگی و فشردگی اجسام می‌شود، پدیده‌ی عجیب دیگری به نام اتساع زمانی برای مسافر نزدیک به سیاه‌چاله رخ می‌دهد. طی این پدیده زمان در نزدیکی سیاه‌چاله کندتر می‌گذرد. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که اجرام سنگین مثل سیاه‌چاله‌ها، میدان‌های گرانشی قوی را ایجاد کنند که باعث خمیدگی در بافت فضازمان شوند.

ما همین‌جا روی زمین مقدار کمی اتساع زمانی را به دلیل گرانش زمین تجربه می‌کنیم. برای مثال در هواپیماها تیک ساعت اندکی سریع‌تر از روی زمین می‌گذرد. فضانوردهایی که در ایستگاه فضایی بین‌المللی زندگی می‌کنند هم زمان را کمی متفاوت با ساکنان روی زمین تجربه می‌کنند.

حالا اتساع زمانی را برای جسمی در حال حرکت به سمت سیاه‌چاله تصور کنید. با نزدیک‌شدن جسم به افق رویداد، زمان به شکل بی‌نهایتی کند می‌گذرد تا جایی که جسم کاملا منجمد می‌شود.

برخی سیاه‌چاله‌ها با مواد چرخان و داغی موسوم به قرص برافزایشی احاطه شده‌اند. در این بخش گاز و غبار انباشته شده، می‌چرخد و به دیسکی پنکیک‌مانند تبدیل می‌شود. مواد موجود در قرص برافزایشی به چرخیدن ادامه می‌دهند و به سمت افق رویداد سیاه‌چاله سقوط می‌کنند. با نزدیک شدن یک جرم به افق رویداد و افزایش شدت نیروی گرانشی، مواد از هم می‌پاشند و اسپاگتی می‌شوند.

در حالت عادی سیاه‌چاله‌ها را نمی‌توان دید، اما قرص داغ مواد اطراف آن درخشش بالایی دارد. تصویر بالا، عکس اولین سیاه‌چاله را نشان می‌دهد که توسط تلسکوپ ایونت هرایزون در آوریل ۲۰۱۹ ثبت شد.

با سقوط مواد قرص برافزایشی به داخل سیاه‌چاله، مواد می‌چرخند و اصطکاک ناشی از این چرخش می‌تواند نوری از طیف‌های امواج رادیویی تا نور مرئی و پرتوی ایکس را ایجاد کند. گاهی سیاه‌چاله‌ها حتی بخشی از مواد ورودی را به فواره‌های پر سرعت ذرات منتقل می‌کنند که پرتوهای گاما را منتشر می‌کنند. ستاره‌شناس‌ها با استفاده از این فواره‌های پرتو، سیاه‌چاله‌ها را پیدا می‌کنند.

به‌طورکلی مواد نزدیک به سیاه‌چاله می‌توانند اسپاگتی، بسیار داغ و فشرده شوند و به پنکیک شباهت پیدا کنند یا می‌توانند از هم بپاشند و مانند اسپاگتی کشیده شوند؛ اما وقتی مواد از افق رویداد سیاه‌چاله عبور کنند دیگر نمی‌دانیم دقیقا چه اتفاقی رخ خواهد داد و این بخش از داستان همچنان به صورت راز باقی مانده است.