یک نیروی ناشناخته در جهان، بار دیگر تعجب دانشمندان را برانگیخت

تحقیقات جدید در مورد کشف پدیده ای عجیب به نام نیروی جسم سیاه، نشان می دهد که تأثیر تشعشعات روی ذرات اطراف اجسام بزرگ را می توان با فضایی پیرامون آن ها، تشدید کرد.
این نتیجه می تواند نحوه مدلسازی ما از شکل گیری ستاره ها و سیارات را تغییر داده، و حتی به ما کمک کند تا در نهایت، یک شکل نظری از تشعشع را در نظر بگیریم که اجازه می دهد حفرات سیاه، ناپدید شوند.

گویا آی تی – در سال ۲۰۱۳، فیزیکدان ها، اعلام کردند که تشعشعات منتشر شده از اشیائی با عنوان “جسم‌های سیاه” نه تنها می توانند برخی ذرات کوچک را از سر راه بردارند، بلکه قادرند آن ها را به سمت خود جذب کنند. علاوه بر این، برای اشیائی که تنها جرم بسیار کوچکی داشته باشند و به اندازه کافی داغ باشند، نیروی کشنده می تواند از جاذبه گرانشی نیز قوی تر باشد.
اگر تا به حال عنوان جسم سیاه به گوشتان نخورده است، می توان گفت که جسم سیاه، به هر جسم کدری گفته می شود که نور مرئی را جذب کرده، اما آن را منعکس نمی کند و یا از خود عبور نمی دهد.

از دیدگاه تخصصی، عنوان جسم سیاه، به صورت تئوریک، اشیاء کاملی را توصیف می کند که نمی توانند هیچ نوری را بازتاب کنند. برای نمونه های فیزیکی از این اجسام، می توان به مواد نانوتیوب های کربنی اشاره کرد که برای ساخت روکش های VantaBlack عجیب و غریب به کار می رفتند.
اشتباه است اگر تصور کنیم که همه اجسام سیاه رنگ، در واقعیت سیاه هستند (نور را بازتاب نمی کنند)، چرا که این اجسام نیز، با حرکات ذرات خود، نور را منعکس می کنند، و همین ویژگی می تواند به توصیف خصوصیات گرمایی یک شیء کمک کند.
چهار سال پیش، تیمی از محققان اتریشی، کشف کردند که نور بازتاب شده از یک جسم سیاه می تواند بر اتم های مجاور این شیء، تأثیرات جالبی بگذارد.
برای درک این اثرات، ابتدا باید بدانید که جذب فوتون ها توسط اتم ها و تغییراتی که این جذب، در تکانه آن ها ایجاد می کند، موجب می شود که اتم ها حرکت کرده و جهت خود را تغییر دهند.
در شرایط مطلوب، اشیائی به بزرگی یک سلول نیز می توانند با تابش یک اشعه نور جابه جا شوند – پدیده ای که به عنوان یک فناوری در انبرک های نوری مورد استفاده قرار می گیرد.
حدود یک قرن است که فیزیک دانان مطلع هستند تشعشعات الکترو مغناطیس می تواند خصوصیات اتم های اطراف را، به وسیله اثر استارک، تغییر دهند. این پدیده، موقعیت الکترون ها را طوری تغییر می دهد تا در وضعیتی با انرژی کمتر قرار بگیرند. دلیل این تغییرات، افزایش دادن احتمال حرکت آن ها به بخش های روشن یک پرتو نور است.
محققان اتریشی با انجام محاسبات ریاضی، نشان داده اند که چگونه تابش گرما می تواند موجب شود که نه تنها نور ذرات را به اطراف براند، بلکه به دلیل وقوع اثر اشتارک، می توان با نور این ذرات را به سمت یک شئ جذب کرد.

Matthias Sonnleitner پژوهشگر ارشد در دانشگاه اینسبراک، در سال ۲۰۱۳، در مصاحبه با سایت Phy.org چنین گفته است:” فعل و انفعالات بین این دو نیرو – یعنی یک نیروی جاذبه تفاضلی در مقابل یک نیروی تابشی دافعه، به طور معمول در آزمایشگاه های نوری کوانتوم در نظر گرفته می شوند، اما هیچ گاه به این توجه نشده بود که این تعاملات با حضور منابع نورهای حرارتی نیز وجود خواهند داشت.”
در حالی که این نیرو بسیار ضعیف است، دانشمندان نشان داده اند که مقدار نیروی خالص جاذبه در اثر تابش نور برای اجسام بسیار کوچک ( ذراتی که کوچک تر از یک ذره غبار هستند) و داغ، می تواند در واقع، بزرگتر از نیروی گرانشی ایجاد شده توسط آن ها باشد.
Sonnleitner گفته است:” ذرات بسیار کوچک با ابعادی ریزتر از یک میکرون، نقش بسیار مهمی را در تشکیل سیاره ها و ستاره ها یا علم شیمی فضایی دارند.”
او هم چنین افزوده بود.: ” ظاهرا، پرسش های بی پاسخ بسیاری در مورد این وجود دارد که این ذرات چگونه با گاز هیدروژن موجود در اطراف یا با خود، در تعامل هستند. در حال حاضر، ما جست و جوهای خود ادامه می دهیم تا ببینیم این نیروی جاذبه اضافه، چگونه بر دینامیک اتم ها و ذرات اثر می گذارد.”
پس از فعالیت های Sonnleitner و همکارانش، تیم دیگری از فیزیکدان ها، تا زمان حال، به این تحقیقات ادامه داده و به بررسی تأثیرات شکل جسم سیاه و هم چنین اثرات آن بر انحنای فضا – زمان و بر این جاذبه و دافعه نوری می پردازند.

اگر بخواهیم دقیق تر توضیح دهیم، آن ها انحنای فضا – یا توپولوژی آن – را در اطراف یک جسم سیاه کره ای یا استوانه ای محاسبه کرده اند و مشخص کردند که این ختلاف ها می تواند بر نیروی های تابشی جسم سیاه اثر گذار باشد.
آن ها دریافتند که انحنای جسم سیاه کره ای و توپولوژی فضای اطراف آن، تأثیر تشدید کننده ای بر نیروی جاذبه ای دارند که در اثر گرانش و زاویه برخورد پوتوها با ذرات به وجود آمده است.
اما این حالت برای جسم استوانه ای، در سطح تخت جانبی و فضای اطراف آن، برقرار نبوده و تأثیر جسم سیاه تشدید نشده بود.
در حالی که این تأثیر در آزمایشگاه، و یا حتی برای اشیائی به اندازه خورشید، قابل تشخیص نیست، برای اجسام سیاه عظیم مانند ستاره های نوترونی یا اشکال عجیب تری از علم انحنای فضا، می تواند تفاوتی قابل توجه ایجاد کند.
Celio Muniz، یکی از محققان ارشد در دانشگاه ایلات Ceara در برزیل، به سایت Phy.org اینگونه توضیح داده است: “ما تصور می کنیم که تشدید شدن نیروی جسم سیاه، به دلیل منابع فوق متراکم، می تواند تأثیر شگرفی بر پدیده های مربوط به آن بگذارد، پدیده هایی مانند انتشار ذرات بسیار پر انرژی، و تشکیل قرص های برافزایشی در اطراف سیاه چاله ها.”
تیم تحقیقاتی، یافته های گذشته را بر مفهومی با عنوان Global Monopole اعمال کردند – یک نقطه تئوریک مشابه یک شار الکتریکی، که بر شکل فضای اطراف بدون گرانش و یک انحنای دیگر از فضا با عنوان رشته کیهانی اثر می گذارد.
مونیز معتقد است: ” این کار نیروی جسم سیاه را که در سال ۲۰۱۳ کشف شده است، به شکل گسترده تری در نظر می گیرد، که شامل منابع گرانشی بسیار قدرتمند و اشیاء عجیب و غریب دیگر، نظیر رشته های کیهانی و هم چنین ذرات دیگری می شود که در مواد متراکم نیز یافت می شوند.”