بیست وسومین برنامه «چرخ» با موضوع سیاه چاله چیست؟ با اجرای محمدرضا مقدسیان وحسین فروتن با میزبانی دکتر محمدمهدی شیخ جباری، فیزیکدان و عضو فرهنگستان علوم و هیات علمی پژوهشکده فیزیک پژوهشگاه دانشهای بنیادی صورت گرفت .
دکتر شیخ جباری در پاسخ به این سوال که سیاه چاله چیست؟ گفت: سیاه چاله ها یکی از پیش بینی های نظریه نسبیت عام اینشتین هستند. نظریه نسبت عام مانند هر نظریه دیگر فیزیکی با مجموعه ای از معادلات ریاضی توصیف می شود و سیاه چاله ها جوابهایی از معادلات اینشتین هستند که به لحاظ تاریخی جزء اولین جوابها بودند. نسبیت عام را می توان به صورت تصحیحی بر نظریه گرانش نیوتونی دید. بر اساس گرانش نیوتونی  نیروی گرانشی دو جرم نقطه ای متناسب عکس مجذور فاصله آنهاست. در نسبیت عام این قانون عکس مجذوری وقتی دو جرم از هم دور هستند تقریب بسیار خوبی از نیروی گرانشی آنهاست  اما وقتی دو جرم به هم نزدیک باشند مطابق نسبیت عام این نیرو قوی تر از قانون عکس مجذوری می شود. حال تصور کنید که توده بزرگ جرمی به صورت  کروی را در فضایی بسیار کوچک فشرده کرده باشیم و به این جرم بسیار نزدیک شویم. در این صورت انحراف از قانون عکس مجذوری می تواند بسیار بزرگ باشد. دیگر ویژگی نسبیت عام آن است که حتی نور هم تحت اثر گرانش قرار می گیرد. مثلا نور ستاره های دیگر که از کنار خورشید می گذرند در میدان گرانشی خورشید کمی از مسیر معمول خود که خط راست است منحرف می شوند؛ این چشمه های گرانشی مانند عدسی همگرا عمل می کنند. در مورد نوری که از کنار خورشید می گذرد این انحراف بسیار بسیار کوچک و در حد یک ثانیه قوسی است. حال تصور کنید که جرم  کروی بسیار زیاد و شعاع آن کوچک باشد اثر گرانشی روی نور می تواند آنقدر بزرگ شود که نور نتواند از سطح جسم به بیرون تابیده شود. در این صورت ما که در بیرون از توده جرم و  در فواصل دوردست قرار داریم توده جرم را «سیاه» می بینیم چون هیچ نوری از آن به بیرون تابش نمی شود. برای آن که این اتفاق بیافتد و «سیاه چاله» شکل بگیرد باید جرمی به بزرگی جرم خورشید در کره ای به شعاع کمتر از سه کیلومتر فشرده شود.  هرچند از سیاه چاله چیزی به بیرون تابیده نمی شود، از بیرون اجرام و نور به داخل آن جذب می شود و فرو می ریزد. سیاه چاله «افقی» دارد که هر چه از آن رد شود و به «داخل» آن بیافتد دیگر از آن بیرون نخواهد آمد. با این توصیف نام سیاه چاله بسیار مناسب و با مسما انتخاب شده است. مشاهده و یافتن سیاه چاله ها، اگر واقعا در جهان وجود داشته باشند، به این علت که سیاه چاله هیچ چیزی تابش نمی کنند به لحاظ رصدی کاری بسیار دشوار است. درست است که سیاه چاله ها از جوابها یا به عبارت دیگر «پیش بینی های» نسبیت عام هستند اما آیا در جهان واقع هم الزاما وجود دارند؟! 

 به لحاظ نظری و بر اساس مدل تحول ستاره ها بیش از ۵۰ سال است که می دانیم ستاره‌های معمول اگر جرمی حدود ده برابر یا بیشتر از جرم خورشید داشته باشند در انتهای دوره تحول خود پس از انفجار ابرنواختر (سوپرنوا) می توانند به سیاه‌چاله‌ تبدیل شوند. جرم این سیاه‌چاله‌ها عموماً  چند برابر جرم خورشید است. یعنی ماده معمول با تحول متعارف شناخته شده می‌تواند به سیاه‌چاله تبدیل شود. اگر این درست باشد باید در کهکشان ما یا کهکشانهای اطراف تعداد معتنابهی سیاه‌چاله با    حدود جرم خورشید وجود داشته باشد.  مواد (سیاره‌ها و ستاره‌های)  می‌توانند به درون میدان گرانش  این سیاه‌چاله‌ها بیافتند و پس از از دست دادن انرژی خود به درون سیاه‌چاله سقوط کنند. در این فرآیند و قبل از فرورقتن در سیاه‌چاله این اجرام به شدت شتاب می‌گیرند و شروع به تابش با انرژی بسیار بالا--مثلاً اشعه ایکس یا پرتو گاما-- می‌کنند. اما سوال این است که از کجا می‌توان مطمئن بود که هسته جاذب این اجرام واقعاً یک سیاه‌چاله بوده و نه مثلاً یک ستاره خاموش و پر جرم و فشرده دیگر؟

 این سئوال از مسائل جالب و باز اخترفیزیک رصدی است وبر روی آن بسیار کار می‌شود. اما در حدود سه-چهار سال اخیر با استفاده از آشکارسازی امواج گرانشی شواهد مستقیم‌تر رصدی برای سیاه‌چاله‌ها پیدا کرده‌ایم. فرض کنید دوسیاه‌چاله  داریم که به دور هم می‌چرخند این سیستم می‌تواند به تابش موج گرانشی به مرور انرژی از دست بدهد و نهایتاً آن قدر مدار آنها حول یکدیگر کوچک می‌شوند که دو سیاه‌چاله درهم روند. در این مرحله درهم‌روی مقدار زیادی انرژی-  چندین برابر کل انرژی که خورشید در طول عمر خود تابش می‌کند-- در زمانی بسیار کوچک از مرتبه چند ثانیه به صورت امواج گرانشی تابش می‌کنند. امروزه فناوری به اندازه‌ای پیشرفت کرده که این امواج گرانشی را روی زمین رصد کنند.  امواج گرانشی و آشکارسازی آنها و بالتبع سیاه‌چاله‌ها از شاخه‌های بسیار داغ پژوهشی در فیزیک امروز هستند.

«چرخ» به تهیه کنندگی الهه بهبودی کاری از گروه دانش شبکه چهار سیما است که شنبه‌ها ساعت ۲۱ به صورت زنده از شبکه چهار سیما پخش می‌شود.