چگال‌ترین اجرام کیهان چیست؟

parssky/ در دما و فشار سطح زمين، چگال‌ترين ماده شناخته شده عنصر فلزي اسميم است که جرم هر يک سانتي‌مترمکعب آن ۲۲ گرم است. در کيهان اجسام به مراتب چگال تري وجود دارند، اما حد بالاي چگالي در عالم چقدر است؟ عنصر فلزي اسميم که جرم هر يک سانتي‌مترمکعب آن ۲۲ گرم (هر متر مکعب ۲۲ تن) ميباشد، در دما و فشار نسبتا کم سطح زمين، چگال‌ترين ماده شناخته شده است. با اين وجود حتي اسميم هم به دليل وجود ابرهاي الکتروني که هسته اتم‌هاي آن را از هم جدا مي‌کنند، پر از پف‌کردگي است. به طرز مرموزي اين ابرهاي الکتروني حالتي پايدار دارند و حتي فشار عظيم مرکز زمين، تنها به ميزان اندکي مي‌تواند اجسام جامد را متراکم کند. هسته فرو ريخته ستارگان عظيم که ما آنها را به نام ستارگان نوتروني مي‌شناسيم، داراي فشار به مراتب بيشتري از سطح زمين است. در هسته اين ستارگان، ماده به شکل غيرمتعارف و فوق فشرده‌اي وجود دارد، احتمالا بيشتر به صورت نوترون است که به همراه تعداد اندکي پروتون و الکترون با فشار پهلوي يکديگر قرار گرفته‌اند. يک مترمکعب از اين فرم «نوترونيوم» ماده در هسته يک ستاره نوتروني، احتمالا ۱۰ به توان ۱۸ کيلوگرم جرم دارد، يعني يک ميليون ميليارد تن. در هسته ستارگان نوتروني ماده فرضي چگال‌تري هم ممکن است وجود داشته باشد: ماده کوارکي؛ حالتي از ماده که در آن پروتون‌ها و نوترون‌ها به ذرات تشکيل دهنده‌شان تفکيک شده‌اند. با اين وجود مدارک به دست آمده از کشف دو ستاره نوتروني فوق سنگين خلاف اين نظريه هستند. شايد با مطالعه ستاره لرزه‌ها بتوان به مدارکي دست يافت که نشان دهد چه چيزي واقعا در قلب يک ستاره نوتروني وجود دارد. ستاره لرزه‌ها انفجارهاي تکان‌دهنده‌اي از انرژي هستند و وقتي اتفاق مي‌افتند که پوسته يک ستاره نوتروني از هم گسيخته مي‌شود. نوترونيوم يا شايد ماده کوارکي، احتمالا چگال‌ترين شکل ماده در کيهان است، اما شايد چگال‌ترين چيزي نباشد که اجسام از آن ساخته شده‌اند. متراکم کردن بيشتر يک ستاره نوتروني باعث تبديل شدن آن به يک سياه‌چاله مي‌شود. البته همه سياه‌چاله‌ها چگال نيستند: تنها سياهچاله‌هاي بزرگي که افق رويداد آنها بسيار نازک است، چگال محسوب مي‌شوند. يک سياه‌چاله فوق‌سنگين در نزديکي کهکشان M87 وجود دارد که جرمي ۶٫۴ ميليارد برابر خورشيد دارد، اما چگالي آن تنها ۰٫۳۷ کيلوگرم بر مترمکعب است که آن را حتي از هوا هم سبک تر مي‌کند. از طرف ديگر، کوچک‌ترين سياهچاله شناخته شده با نام XTE J1650-500 تنها جرمي ۳٫۸ برابر خورشيد دارد، اما چگالي آن بالغ بر ۱۰ به توان ۱۸ کيلوگرم بر مترمکعب است. اگر بتوان يکي از اين سياهچاله‌ها را پيدا کرد که تنها اندکي کوچک‌تر باشد، آنگاه اين سياهچاله مي‌تواند از نظر چگال بودن بر ستاره نوتروني غلبه کند. سياهچاله‌هاي ميکروسکوپي ممکن است در طي بيگ بنگ ايجاد شده باشند، زماني‌که نوسانات کوانتومي در يک دنياي فوق چگال ممکن است چنان نواحي متراکمي خلق کرده باشد که باعث درهم شکستن آن ناحيه شده باشد. چنين ميکرو سياهچاله‌هايي ممکن است هنوز خودشان را در انفجارهاي ناگهاني پرتوافکني نشان دهند. اگر اين چنين باشد، کشف اين سياهچاله‌ها مي‌تواند درک بهتري از مقياس نوسانات کوانتومي جهان اوليه در اختيار دانشمندان قرار دهد. در داخل افق رويداد يک سياهچاله اتفاقات عجيب‌تري رخ مي‌دهد. بر اساس نظريه نسبيت تمام اين جرم در يک نقطه با چگالي بينهايت متمرکز مي‌شود، اگرچه احتمالا در چنين مقياسي تئوري موجود ديگر به درستي جواب نمي‌دهد. اين نقطه مرز ملاقات گرانش با دنياي کوانتوم است، جايي که خط مقدم فيزيک بنيادي امروزي محسوب مي‌شود. محاسبات تئوريک نشان مي‌دهد که حد بالاي چگالي يک سياه‌چاله برابر ۵ ضربدر ۱۰ به توان ۹۶ کيلوگرم بر مترمکعب است، عددي که چگالي پلانک ناميده مي‌شود؛ چگال‌ترين چيز عالم هر چه که باشد، احتمالا از اين مقدار چگال‌تر نخواهد بود.