چگال‌ترین اجرام کیهان چیست؟

چگال‌ترین اجرام کیهان چیست؟

در دما و فشار سطح زمین، چگال‌ترین ماده شناخته شده عنصر فلزی اسمیم است که جرم هر یک سانتی‌مترمکعب آن ۲۲ گرم است. در کیهان اجسام به مراتب چگال تری وجود دارند، اما حد بالای چگالی در عالم چقدر است؟

عنصر فلزی اسمیم که جرم هر یک سانتی‌مترمکعب آن ۲۲ گرم (هر متر مکعب ۲۲ تن) میباشد، در دما و فشار نسبتا کم سطح زمین، چگال‌ترین ماده شناخته شده است. با این وجود حتی اسمیم هم به دلیل وجود ابرهای الکترونی که هسته اتم‌های آن را از هم جدا می‌کنند، پر از پف‌کردگی است. به طرز مرموزی این ابرهای الکترونی حالتی پایدار دارند و حتی فشار عظیم مرکز زمین، تنها به میزان اندکی می‌تواند اجسام جامد را متراکم کند. هسته فرو ریخته ستارگان عظیم که ما آنها را به نام ستارگان نوترونی می‌شناسیم، دارای فشار به مراتب بیشتری از سطح زمین است. در هسته این ستارگان، ماده به شکل غیرمتعارف و فوق فشرده‌ای وجود دارد، احتمالا بیشتر به صورت نوترون است که به همراه تعداد اندکی پروتون و الکترون با فشار پهلوی یکدیگر قرار گرفته‌اند. یک مترمکعب از این فرم «نوترونیوم» ماده در هسته یک ستاره نوترونی، احتمالا ۱۰ به توان ۱۸ کیلوگرم جرم دارد، یعنی یک میلیون میلیارد تن.  

در هسته ستارگان نوترونی ماده فرضی چگال‌تری هم ممکن است وجود داشته باشد: ماده کوارکی؛ حالتی از ماده که در آن پروتون‌ها و نوترون‌ها به ذرات تشکیل دهنده‌شان تفکیک شده‌اند. با این وجود مدارک به دست آمده از کشف دو ستاره نوترونی فوق سنگین خلاف این نظریه هستند. شاید با مطالعه ستاره لرزه‌ها بتوان به مدارکی دست یافت که نشان دهد چه چیزی واقعا در قلب یک ستاره نوترونی وجود دارد. ستاره لرزه‌ها انفجارهای تکان‌دهنده‌ای از انرژی هستند و وقتی اتفاق می‌افتند که پوسته یک ستاره نوترونی از هم گسیخته می‌شود.

نوترونیوم یا شاید ماده کوارکی، احتمالا چگال‌ترین شکل ماده در کیهان است، اما شاید چگال‌ترین چیزی نباشد که اجسام از آن ساخته شده‌اند. متراکم کردن بیشتر یک ستاره نوترونی باعث تبدیل شدن آن به یک سیاه‌چاله می‌شود. البته همه سیاه‌چاله‌ها چگال نیستند: تنها سیاهچاله‌های بزرگی که افق رویداد آنها بسیار نازک است، چگال محسوب می‌شوند. یک سیاه‌چاله فوق‌سنگین در نزدیکی کهکشان M87 وجود دارد که جرمی ۶٫۴ میلیارد برابر خورشید دارد، اما چگالی آن تنها ۰٫۳۷ کیلوگرم بر مترمکعب است که آن را حتی از هوا هم سبک تر می‌کند. از طرف دیگر، کوچک‌ترین سیاهچاله شناخته شده با نام XTE J1650-500 تنها جرمی ۳٫۸ برابر خورشید دارد، اما چگالی آن بالغ بر ۱۰ به توان ۱۸ کیلوگرم بر مترمکعب است. اگر بتوان یکی از این سیاهچاله‌ها را پیدا کرد که تنها اندکی کوچک‌تر باشد، آنگاه این سیاهچاله می‌تواند از نظر چگال بودن بر ستاره نوترونی غلبه کند.

سیاهچاله‌های میکروسکوپی ممکن است در طی بیگ بنگ ایجاد شده باشند، زمانی‌که نوسانات کوانتومی در یک دنیای فوق چگال ممکن است چنان نواحی متراکمی خلق کرده باشد که باعث درهم شکستن آن ناحیه شده باشد. چنین میکرو سیاهچاله‌هایی ممکن است هنوز خودشان را در انفجارهای ناگهانی پرتوافکنی نشان دهند. اگر این چنین باشد، کشف این سیاهچاله‌ها می‌تواند درک بهتری از مقیاس نوسانات کوانتومی جهان اولیه در اختیار دانشمندان قرار دهد.

در داخل افق رویداد یک سیاهچاله اتفاقات عجیب‌تری رخ می‌دهد. بر اساس نظریه نسبیت تمام این جرم در یک نقطه با چگالی بینهایت متمرکز می‌شود، اگرچه احتمالا در چنین مقیاسی تئوری موجود دیگر به درستی جواب نمی‌دهد. این نقطه مرز ملاقات گرانش با دنیای کوانتوم است، جایی که خط مقدم فیزیک بنیادی امروزی محسوب می‌شود. محاسبات تئوریک نشان می‌دهد که حد بالای چگالی یک سیاه‌چاله برابر ۵ ضربدر ۱۰ به توان ۹۶ کیلوگرم بر مترمکعب است، عددی که چگالی پلانک نامیده می‌شود؛ چگال‌ترین چیز عالم هر چه که باشد، احتمالا از این مقدار چگال‌تر نخواهد بود.

https://www.newscientist.com/…/mg20928026-900-eight-extrem…/