فرضیه سیاهچاله حتی در میان شگفت انگیزترین پیشرفت های اخیر اختر فیزیک نظری موقعیت برجسته ای دارد. قرن بیستم زمانی بود که کشفیات خارق العاده در فیزیک و اختر شناسی همواره به کشفیات دیگری که خارق العاده تر بودند، منجر گردیده است. در عین حال آنها دوره دیگری را در گسترش علوم طبیعی مشخص می سازند. تعداد کمی از این کشفیات از نظر جذابیت با فرضیه سیاهچاله‌ها قابل قیاس هستند. چنین عجیب به نظر می آید که در فضا سوراخ و در سوراخ سیاهچاله ها وجود داشته باشند ! طبق نظریه نسبیت عام ، نیروهای گرانشی از خواص فضا هستند. مسئله قابل توجه فقط این نیست که جسمی در فضا وجود دارد بلکه این جسم مشخص کننده هندسه فضای اطرافش می باشد. انیشتین در این مورد می گوید: همیشه عقیده بر این بوده اگر تمام ماده جهان معلوم شود، زمان و فضا باقی می مانند، در حالی که نظریه نسبیت تاکید می کند که زمان و فضا نیز همراه با ماده نابود می گردند. بنابراین ، جرم با فضا ارتباط دارد. هر جسمی باعث می شود که فضای اطرافش انحنا پیدا کند. ما به سختی متوجه چنین انحنایی در زندگی خود می شویم، زیرا با جرم های نسبتا کوچکی سروکار داریم. ولی در میدان های گرانشی بسیار قوی ، مقدار انحنا ممکن است قابل توجه باشد. تعدادی از رویدادهایی که اخیرا در فضا مشاهده شده اند، نشان می دهند که احتمال تمرکز مقادیر جرم در بخش های کوچکی از فضا وجود دارد. اگر ماده ای با جرم معین به اندازه ای متراکم شود که به حجم کوچکی تبدیل گردد و آن حجم برای چنین ماده‌ای بحرانی باشد، ماده تحت تاثیر گرانش خود شروع به انقباض می نماید. با انقباض بیشتر ماده ، فاجعه گرانشی گسترش می‌یابد و آنچه که فرو ریختن گرانشی نامیده می شود، آغاز می گردد. تمرکز ماده در این فرآیند افزایش می یابد و طبق نظریه نسبیت ، انحنای فضا نیز به تدریج بیشتر می گردد.
سرانجام لحظه ای فرا می رسد که هیچ پرتوئی از نور ، ذره و نشانه فیزیکی دیگر نمی تواند از این قسمت که دچار فروریختن جرم شده ، خارج گردد. این جسم به عنوان سیاهچاله شناخته شده است. شعاع جسم در حال فرو ریختن که به یک سیاهچاله تبدیل می گردد، شعاع گرانشی نامیده می شود. این شعاع برای جرم خورشید سه کیلومتر و برای جرم زمین 9/0 سانتی متر است.

  اگر خورشید در اثر انقباض به کره‌ای با شعاع سه کیلومتر تبدیل شود، به صورت یک سیاهچاله در می آید. گرانش در سطح جسمی که شعاعش با شعاع گرانشی جرم آن برابر می باشد، فوق‌العاده شدید است. برای غلبه بر نیروی گرانشی لازم است سرعت فرار افزایش یابد، که مقدار آن بیشتر از سرعت نور می باشد. طبق نظریه خاص نسبیت که اکنون قابل قبول است، در جهان هیچ چیز نمی تواند با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت کند. به همین دلیل سیاهچاله ها اجازه نمی دهند هر چیزی از آنها خارج گردد. از سوی دیگر ، سیاهچاله می تواند ماده را از فضای اطراف به درون خود ببلعد و بزرگتر شود. برای توضیح تمام پدیده هایی که مربوط به سیاهچاله می شوند، فرضیه عام نسبیت لازم می باشد. بر اساس این نظریه ، گذشت زمان در میدان گرانشی قوی آهسته می باشد. برای ناظری که در خارج سیاهچاله قرار دارد، افتادن یک جسم به درون سیاهچاله مدت طولانی متوقف می گردد. در چنین حالتی ناظر فرضی در ارتبط با عمل انقباض واقعا تصویر کاملا متفاوتی را مشاهده خواهد نمود. ناظر در حالی که در ظرف مدت محدودی به شعاع گرانشی می رسد، سقوطش ادامه می یابد، تا آنکه به مرکز سیاهچاله برسد. ماده در حال فروریختن ، پس از گذشتن از شعاع گرانش به انقباض ادامه می دهد. طبق اختر فیزیک نظری جدید ممکن است سیاهچاله ها مرحله پایانی زندگی ستارگان جسیم باشند. مادامی که یک منبع انرژی در ناحیه مرکزی ستاره فعالیت می نماید، درجات حرارت بالا باعث انبساط گاز و جدا شدن لایه های بالائی آن می شود. در عین حال ، نیروی گرانشی عظیم ستاره این لایه ها را به سوی مرکز می کشاند. پس از آن که سوخت تامین کننده واکنش‌های هسته‌ای به مصرف رسید، درجه حرارت در ناحیه مرکزی ستاره به تدریج پایین می آید. در این مرحله تعادل ستاره به هم می خورد و ستاره تحت تاثیر نیروی گرانشی خود منقبض می گردد. تکامل و تغییر بیشتر آن به جرمش بستگی دارد. طبق محاسبات اگر جرم ستاره سه تا پنج برابر جرم خورشید باشد، مرحله پایانی انقباض آن ممکن است باعث فروریختن گرانشی و تشکیل سیاهچاله گردد

اضطراب گاهی می‌تواند کمک‌کننده باشد. اضطراب به شما هشدار می‌دهد که شاید خطری تهدیدتان می‌کندو یا شاید اشتباهی روی داده است. همچنین باعث به راه افتادن سیگنال‌هایی می‌شود که بدن را در حالت آماده‌باش قرار می‌دهد. هر چند که این اضطراب‌های گاه و بیگاه می‌توانند زندگی انسانها را نجات دهند، اما اضطراب مداوم آسیب‌هایی جدی به دنبال خواهد داشت. هورمون‌هایی که بدن شما را به صورت ناگهانی برای مقابله با خطر آماده می‌سازند، در صورتی که برای مدت طولانی در بدن جریان داشته باشند می‌توانند به بسیاری از دستگاه‌ها نظیر مغز و سیستم ایمنی صدمه بزنند. گیاهان مانند انسانها دچار اضطراب نمی‌شوند؛ اما آنها نیز در مقابل استرس آسیب‌پذیرند و به شیوه‌ای مشابه با آن رو در رومی‌شوند. تولید می‌کنند که به سایر قسمتهای گیاه اعلام خطر می‌کند. بر اساس چشم‌انداز اکتشاف فضا، انسان‌ها در دهه‌های آینده به مریخ خواهند رفت و در آنجا به کاوش خواهند پرداخت. شرایط سفر به مریخ و بعد مسافت دانشمندان مهاجر را ناگزیر می‌نماید گیاهان را نیز با خود ببرند. گیاهان غذا و اکسیژن تولید می‌کنند و همدم و یادگاری سبز از خانه هستند. شرایط موجود در مریخ، مانند سرمای شدید، خشکی، فشار کم هوا، و خصوصیات متفاوت خاک، گیاهان را با استرس زیادی مواجه می‌کند. اما وندی باس، متخصص فیزیولوژی گیاهی، و امی گروندن، میکروب ‌شناس از دانشگاه کارولینای شمالی بر این باورند که گیاهانی را پرورش داده‌اند که قادر به زندگی در این شرایط سخت می‌باشند. راه‌حل عبارت است از مدیریت استرس: شاید از شنیدن این نکته تعجب کنید که در حال حاضر موجوداتی در زمین وجود دارند که در شرایطی شبیه مریخ زندگی می‌کنند. البته آنها گیاه نیستند بلکه نمونه‌هایی از ابتدایی‌ترین اشکال حیات در زمین هستند؛ میکروب‌هایی کهن که در اعماق اقیانوسها، یا زیر یخهای قطبی زندگی می‌کنند. 

 باس و گروندن امیدوارند تا با قرض‌گرفتن برخی ژنها از این میکروب‌های سخت‌زی، بتوانند گیاهانی با قابلیت زندگی در مریخ تولید کنند. اولین ژنهایی که آنها استخراج کردند، ژنهایی هستند که توانایی گیاهان در مقابله با استرس را افزایش می‌دهند. گیاهان معمولی غالباً روشهایی را برای خنثی کردن سوپراکسید دارا هستند، اما پژوهشگران بر این باورند که روشی که میکروبی به نام پیروکوکوس فوریوسوس بکار می‌برد، ممکن است کارایی بیشتری داشته باشد. این میکروب در دهانه‌های آتشفشانی بسیار داغ در اعماق اقیانوس زندگی میکند. اما به صورت متناوب با فوران‌ها به آبهای سرد دریایی وارد می‌شود. بنابراین بر خلاف سیستم خنثی سازی گیاهان، این سیستم در پیروکوکوس در محدوده خارق‌العاده 100 درجه سانتیگراد اختلاف حرارت عمل می‌کند. این نوسان مشابه چیزی است که گیاهان در یک گلخانه مریخی با آن روبرو می‌شوند. در حال حاضر پژوهشگران ژن پیروکوکوس را داخل گیاهی کوچک و با رشد سریع به نام آرابیدوپسیس نموده‌اند. باس می‌گوید " حالا ما اولین جوانه را داریم. ما آنها را پرورش می‌دهیم و دانه‌ها را استخراج می‌کنیم تا نسل‌های دوم و سوم را تولید کنیم." در یکسال و نیم تا دو سال آینده آنها امیدوارند که گیاهانی را با دو نسخه از ژن جدید داشته باشند. در آن هنگام بررسی عملکرد ژنها امکان‌پذیر می‌شود: آیا آنها آنزیمهایی خاص با وظایف مشخص را می‌سازند، آیا آنها واقعاً به بقای گیاه کمک می‌کنند، و یا حتی موجب آسیب رساندن به آن می‌شوند. در ادامه، آنها امیدوارند که ژنهای دیگری را نیز از میکروب‌های سخت‌زی استخراج کنند؛ ژنهایی که گیاه را در مقابل خشکی، سرما، فشار هوای کم، و امثالهم مقاوم می‌سازند. مطمئناً هدف تنها تولید گیاهانی با توانایی بقا در مریخ نیست.                                    

موفقیت اصلی این است که این گیاهان به رشد و نمو خود ادامه دهند یعنی محصول تولید کنند، در فرآیند بازیابی پسماندها نقش داشته باشند و به تولید اکسیژن در خانه جدید کمک کنند. به قول باس "چیزی که ما از یک گلخانه در مریخ می‌خواهیم پرورش و تقویت گیاهان در یک محیط با شرایط مرزی است."  گروندن عقیده دارد که این شرایط حقیقتاً پرتنش هستند. اغلب گیاهان تا حدودی غیر فعال می‌شوند، یعنی رشد و تولید مثل متوقف می‌شوند و تمام فعالیت‌های گیاه تنها بر ادامه بقا متمرکز می‌شوند. باس و گروندن امیدوارند که با وارد کردن ژنهای میکروبی به گیاهان بتوانند وضعیت را تغییر دهند. گروندن می‌گوید "با استفاده از این ژنها، ما در حقیقت گیاه را فریب می‌دهیم زیرا گیاه قادر نیست که این ژنها را مانند ژنهای خودش تنظیم کند. ما امیدواریم که از این راه توانایی گیاه در خاموش کردن بعضی فعالیتها را دور بزنیم." اگر باس و گروندن موفق شوند، کار آنها زندگی بسیاری از افرادی که روی زمین و در محیط‌های با شرایط سخت ساکن هستند، را نیز تغییر خواهد داد. باس می‌گوید " در بسیاری از کشورهای جهان سوم، اگر هنگامی که خشکسالی فرا می‌رسد تنها یک تا دو هفته دیگر بتوانید درو را عقب بیاندازید،به این معنا خواهد بود که میزان محصول لازم برای گذراندن زمستان را خواهید داشت. 

اگر ما بتوانیم مقاومت به خشکی یا سرما را افزایش بدهیم، دوره محصل‌دهی طولانی‌تر می‌شود و این موضوع بر زندگی انسان‌های بیشماری تأثیر خواهد گذاشت." این دو دانشمند تأکید دارند که پروژه طولانی در پیش دارند. "یکسال و نیم به طول خواهد انجامید تا ما بتوانیم گیاهانی حاوی ژن داشته باشیم که بتوانیم روی آنها آزمایش انجام دهیم." مدت زمان طولانی‌تری لازم خواهد بود تا مثلاً گیاه گوجه‌فرنگی سرمازی و خشکی‌زی در مریخ و یا حتی صحرای داکوتا داشته باشیم. اما گروندن و باس معتقدند که این کاری است که سرانجام به نتیجه خواهد رسید.  گروندن می‌گوید " گنجینه غنی از میکروب‌های سخت‌زی وجود دارد. بنابراین اگر یکی مؤثر واقع نشد، می‌توانید به سراغ دیگری بروید تا در نهایت به آنچه مورد نظرتان است برسید."امی هم با باس هم عقیده است "این گنجینه واقعاً بسیار غنی و همچنین بسیار هیجان‌انگیز است." 

گر خواهان آن باشید که به دورترین نقاط فضا دست یابید، طبیعتا با تلسکوپ های معمولی نمی توانید. شما نیاز دارید تا کهکشانی پرجرم و قدرتمند را مهار کنید تا نور را از کهکشان های دور خمیده کند (لنز گرانشی). گروهی از اخترشناسان اروپایی توانستند یکی از بهترین موارد لنزهای گرانشی را ثبت کنند (حلقه اینشتن)، لنز گرانشی و کهکشانی بسیار دور از ما که به صورت رشته ای ثبت شده اند، این ثبت زیبا را نعل اسب کیهانی نامیدند.
این کشف توسط تنی چند از اخترشناسان اروپایی (از دانشگاه های اروپا تا روسیه) انجام شد و نتایج آن با عنوان "نعل اسب کیهانی : کشف حلقه اینشتن حول کهکشان غول پیکر و درخشان قرمز." در نشریه Astrophysics انتشار یافت.
این پدیده هنگامی آشکار شد که اطلاعات سنگین در نقشه برداری دیجیتال از آسمان (Sloan Digital Sky Survey) ثبت شدند. این نقشه برداری به وسیله تلسکوپ روباتیک و تصویر برداری از آسمان شب (که سرانجام نقشه ای حاوی 25% آسمان شامل 100 میلیون جرم منتشر کرد) حاصل شد. اخترشناسان به طور منظم به آسمان می نگرند و از میان پهنه وسیعی از اطلاعات، اجرامی شگرف را ثبت می کنند.
نعل اسبی کیهانی، ای چنین...
در آن هنگام، آنها مشاهدات خود را با تلسکوپ 2.5 متری آیزاک نیوتن در لاپالما و 6 متری BTA در روسیه پیگیری کردند. همچنین جزئیات درعکس آن نیز سبب شد که به تصمیم در مورد اطلاعات ساختار شیمیایی لنز و جرم مورد تاثیر آن کمک شود.
به تصویر نگاه کنید، شما می توانید کهکشانی کروی و قرمز را که توسط حلقه ای آبی رنگ احاطه شده است را مشاهده کنید. درحقیقت این نسبیتی است کنار یک کهکشان، کهکشان قرمز در فاصله 4.6 بیلیون سال نوری از ما واقع است (لنز) و حلقه آبی یا همان کهکشان دیگر، در فاصله 10.9 بیلیون سال نوری از ما قرار دارد ( جرم تحت تاثیر لنز).
در نگاه ما دو رشته قابل دید است، که در حقیقت همان نور است که به سبب لنز گرانشی کانونی شده است. نور در تمایل خود به سمت زمین می آید. تمام نورها به منجمان اجازه می دهد که آنچه را که تمایل به مرئی بودن دارد، ببینند. در حقیقت، دو رشته از نور همان کهکشان اند که تحت تاثیر لنز گرانشی قرار گرفته اند و به صورت 300 درجه، اطراف لنز را احاطه کرده اند.
لنز بسیار پرجرم است، و به صورت کهکشان قرمز که دارای 5 تریلیون جرم خورشید است، می درخشد. برای مقایسه کهکشان راه شیری ما جرمی معادل 580 بیلیون جرم خورشیدی دارد.
و جرمی فقط برای تلسکوپ...
در فاصله بسیار دور، کهکشان تحت تاثیر لنز، کهکشانی با ستارگان انفجاری و دستخوش تلاطم سرعت شکل گیری ستارگان است، اینها مدارکی به دست آمده از طیف نور آبی کهکشان است. اگر چنین لنزی در این ناحیه قرار نداشت منجمان هرگز نمی توانستند چنین اطلاعاتی را از آن کهکشان بدست آورند. اما به علت وجود لنز، نور در اثر گرانش کانونی شده و به صورت حلقه ای دور لنز درآمده است. در صورتی که این جرم 10.9 بیلیون سال نوری از ما فاصله دارد، آن را اکنون مشاهده می کنیم، در زمانی که جهان 3 بیلیون سال کوچکتر بود.
این کشف به منجمان کمک می کند تا در دو مورد پیشرفت کنند، توزیع ماده تاریک اطراف کهکشان قرمز و شکل گیری ستارگان در اوایل جهان.

تلسکوپ فضایی اسپیتزر به تازگی در قلب دو کهکشان در حال ترکیب ،بلورهایی شبیه به خرده شیشه یافته است.این بلورها به اندازه دانه ی شن هستند و به احتمال زیاد قبل و در حین انفجار ستارگان پرجرم در فضا رها شده اند.این نوع بلور ها سابقا در کهکشان راه شیری مشاهده شده بودند ، با این حال موارد تازه کشف شده ، اولین نمونه های موجود در خارج از کهکشان ما هستند.دانشمندان معتقدند که این بلور ها بر اثر چند انفجار ابر نواختری متوالی گرم شده و در نهایت ذوب می شوند.

    تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا ،با بررسی چند کهکشان در حال ترکیب ،پوششی از بلور های کوچک در اطراف مراکز به هم پیوند خورده ی این کهکشان ها یافته است.این ذرات شباهت زیادی به خرده شیشه دارند.این بلور ها دانه های سیلیکاتی هستند که در کوره های ستاره ای به وجود آمده اند.دانه های تازه کشف شده اولین موارد بلور های سیلیکاتی شناخته شده در خارج از کهکشان ما می باشند

تصور یک تصویرگر از بلور هایی که در اطراف مراکز کهکشان های در حال ترکیب رها شده اند

 

دکتر "هنریک اسپون" از دانشگاه کورنل می گوید:"ما از کشف این بلور های ظریف و کوچک در مرکز یکی از بی ثبات ترین مناطق عالم ،بسیار شگفت زده هستیم.این بلور ها به راحتی از بین می روند اما در این مورد ،ظاهرا این بلور ها توسط ستارگان پرجرم ،سریع تر از روند ناپدید شدن ،در حال تولید هستند."

   این کشف نهایتا در فهم روند تحول کهکشان ها و به خصوص کهکشان راه شیری که در چندین میلیارد سال آینده با کهکشان آندرومدا ترکیب خواهد شد ،کمک بزرگی خواهد کرد.

   دکتر "لی آرموس" از مرکز علمی اسپیتزر ناسا و موسسه فن آوری کالیفرنیا در پاسادنا می گوید:"تصور ما بر این است که طوفانی از غبار در مرکز کهکشان های در حال ترکیب در حال شکل گیری است.این بلور های سیلیکاتی در این طوفان قرار گرفته و در نهایت به صورت پوششی عظیم از غبار و شیشه در اطراف هسته های کهکشان ها قرار می گیرند."

   سیلیکات ها ،مانند شیشه،برای تبدیل شدن به بلور به گرما نیاز دارند.این ذرات جواهر مانند در کهکشان راه شیری ، در مقادیر کم و در اطراف بعضی از ستاره ها مانند خورشید یافت می شوند.این ذرات بر روی زمین ،بر روی سواحل شنی برق می زنند و در شب ،برخورد این ذرات همراه با ذرات دیگر با جو را می توان مشاهده کرد.اخیرا این ذرات توسط تلسکوپ اسپیتزر درون دنباله دار TEMPEL? (که سفینه ی DEEP IMPACT با آن برخورد کرده است) نیز دیده شده است.

    کهکشان هایی که این بلور ها به وفور در آنها یافت می شود تفاوت عمده ای با کهکشان ما دارند.در درون این کهکشان ها که "کهکشان های فوق نورانی فروسرخ" (ULTRALUMINOUS INFRARED GALAXIES)   (ULIRGS) نامیده می شوند ،مقادیر بسیار عظیمی از این بلور های سیلیکاتی یافت می شوند. با وجود آنکه تعدادی از این نوع کهکشان ها به طور واضح رصد نشده اند ، بیشتر موارد کشف شده از دو کهکشان مارپیچی در حال ترکیب تشکیل شده اند.هسته ی ترکیبی این نوع کهکشان ها مملو از ستارگان پرجرم ،پرنور و کم سن می باشد.در مرکز بعضی از آنها نیز سیاهچاله های بسیار پرجرم وجود دارد.

   اختر شناسان بر این عقیده اند که بلور های سیلیکاتی در مرکز این نوع کهکشان ها (ULIRGS) ،توسط ستاره های پرجرم ایجاد می شوند.بر اساس تحقیقات دکتر اسپون و تیم او، این ستاره های پرجرم ،بلور ها را قبل و همچنین در هنگام وقوع انفجار های ابر نواختری در فضا پخش می کنند.اما این بلور های ظریف برای مدت طولانی دوام نمی آورند.ذرات پرتاب شده توسط انفجار های ابر نواختری به این بلور ها برخورد کرده و آنها را بمباران می کنند.نتیجه ی این بمباران ،گرم شدن بلور ها و در نهایت ذوب شدن و تبدیل آنها به موادی بدون شکل است.تمام این اتفاقات در بازه ی زمانی کوتاهی صورت می گیرد.

   دکتر اسپون این پدیده را به شکلی ساده بیان می کند:"دو کامیون حامل آرد را در نظر بگیرید که در یک خیابان و در جهت مخالف هم در حال حرکتند.اگر این دو کامیون با هم برخورد کنند ،برای مدتی کوتاه ابری سفید بر روی خیابان تشکیل می شود.با استفاده از تلسکوپ اسپیتزر ،ما برخورد و ترکیب دو کهکشان و تشکیل ابری موقتی از بلور های سیلیکاتی را مشاهده می کنیم."

   طیف سنج فرو سرخ تلسکوپ اسپیتزر ،این بلور های سیلیکاتی را در ?? کهکشان از ?? کهکشان بررسی شده (که همه از نوع ULIRGS بوده اند)  یافته است.این ?? کهکشان در محدوده ی ??? میلیون تا ?/? میلیارد سال نوری از ما قرار دارند و در تمام مناطق آسمان پخش شده اند.این کهکشان ها در زمان مناسب رصد شده و در نتیجه بلور ها در آنها مشاهده شده اند.اما در ?? کهکشان دیگر ،این بلور ها در آینده ی نزدیک ایجاد خواهند شد

                           

تصویری از دو کهکشان در حال برخورد با یکدیگر. در سمت چپ تصویر کهکشان NGC???? و در سمت راست کهکشان IC???? دیده می شوند