در نهایت سیاه چاله از سایه ها بیرون کشیده شد

برای نخستین بار بشریت توانست یکی از این هیولاهای گریزان کیهانی را به تصویر کشد و بر یکی از حوزه های بیگانه ی فضا که مدت زمان بسیاری فراتر از بینش ما بوده است نوری درخشان بتاباند.

 

موقعیت مکانی 8 تلسکوپ

موقعیت مکانی ۸ تلسکوپ رادیویی پروژه افق رویداد

 

پروژه تلسکوپ افق رویداد (EHT) یک کنسرسیوم با بیش از ۲۰۰ دانشمند است که تقریبا دو دهه از شروع فعالیت آن می گذرد. این پروژه یک تلاش بین المللی است که ۸ پایگاه علمی، ۴۰ کشور، ۸۰ دانشگاه و ۸ سازمان فضایی در آن همکاری کرده اند. بودجه پروژه از سوی بسیاری از سازمان های سراسر جهان و در طول سال ها تامین شده است.

شفرد دوئلمن، مدیر پروژه تلسکوپ افق رویداد از دانشگاه هاروارد می گوید:” ما شاهد چیزی بودیم که فکر می کردیم غیر قابل دیدن است”. این چهار عکس، که هفته گذشته در رسانه های خبری سراسر جهان و در یک سری از مقالات منتشر شدند، شکل اجمالی این سیاه چاله غول پیکر را که در قلب کهکشان M87 قرار دارد نشان می دهد.

 

تصویر کهکشان m87

تصویر سیاه چاله کهکشان M87

 

این تصویر به اندازه کافی شگفت انگیز است اما نکته قابل توجه این است که به گفته محققان نتایج جدیدی که به دنبال آن می آید می تواند جالب تر هم باشد.

پیتر گلیسون، استاد فیزیک و تاریخ علوم در دانشگاه هاروارد می گوید:” واقعا زمینه جدیدی برای اکتشاف به وجود آمده است و آنچه در این باره بسیار هیجان انگیز است بی نهایت بودن این زمینه است”.

گلیسون، تاثیر بالقوه تصویر سیاه چاله را با طراحی های رابرت هوک دانشمند انگلیسی در سال ۱۶۰۰ مقایسه می کند. او درباره ی کار هوک می گوید” این تصویرسازی ها به مردم نشان داد حشرات و گیاهان در یک میکروسکوپ چه شکلی هستند و دنیای جدیدی را به روی آنها باز کرد”.

پروژه افق رویداد نام خود را از نقطه بی بازگشت سیاه چاله یعنی مرزی که فراتر از آن هیچ چیز، حتی نور هم نمی تواند از چنگال نیروی گرانشی آن فرار کند، گرفته است.

اوی لوئب استاد دانشگاه هاروارد می گوید:”افق رویداد یک زندان نهایی است. هنگامی که شما در آن هستید هرگز نمی توانید بیرون بیایید”.  بنابراین غیرممکن است که از درون یک سیاه چاله عکس بگیریم، مگر آنکه به نحوی شما خودتان را به داخل آن بیندازید که در این صورت هم شما و هم عکس هایتان نمی توانید به دنیای بیرون بازگردید.

از این رو، EHT تصویر خارجی سیاه چاله را نمایش می دهد. صفحه ای از گازهای بسیار سریع که در حال چرخش به دور سیاه چاله و به نوعی در صف بلعیده شدن توسط سیاه چاله هستند، تابش های زیادی را منتشر می کنند و باعث دیده شدن سیاه چاله می شوند.

دن مرون، عضو انجمن علوم EHT و استاد ستاره شناسی دانشگاه آریزونا می گوید” ما برای دیدن سیاه چاله به دنبال فقدان فوتون هستیم”.

در این پروژه دانشمندان دو سیاه چاله را بررسی کرده اند ـ سیاه چاله مسیه M87 که در حدود ۶٫۵ میلیارد برابر خورشید است و سیاه چاله مرکزی کهکشان راه شیری که به نام کمان ای(Sagittarius A) شناخته می شود. مورد دوم در حالی که هنوز یک سیاه چاله غول پیکر است و می تواند در حدود ۴/۳ میلیون خورشید را در خود جای دهد ، در مقایسه با هیولای M87 کم جرم محسوب می شود. هر دو این اجرام به دلیل فاصله شان از زمین می توانند هدف بررسی دانشمندان باشند. کمان ای در حدود ۲۶۰۰۰ سال نوری و سیاه چاله M87 فاصله ای به اندازه ۵۳٫۵ میلیون سال نوری با ما دارد. ولی به گفته دوئلمن از دیدگاه ما، افق رویداد کمان ای آنقدر کوچک است که مانند دیدن یک پرتقال بر روی ماه یا توانایی خواندن روزنامه ای در یک شهر از شهری دیگر است. هیچ تلسکوپی در زمین نمی تواند به تنهایی چنین مشاهده ای انجام دهد، بنابراین تیم تلسکوپ افق رویداد مجبور بودند از خود خلاقیت نشان دهند. آنها ۸  تلسکوپ رادیویی در آریزونا، اسپانیا، مکزیک، جنوبگان و دیگر نقاط جهان را به هم وصل کرده و یک تلسکوپ به اندازه قطر کره زمین تشکیل داده اند.

تیم EHT از این مگاسکوپ برای مطالعه روی این دو سیاه چاله غول پیکر به مدت تقریبا دو هفته یک بار در آوریل ۲۰۱۷ و بار دیگر در امسال استفاده کردند. تصویر جدید سیاه چاله که هفته پیش منتشر شد نتیجه اولین مشاهده است.

دلایل خوبی وجود دارد که چرا دو سال برای انتشار اولین نتیجه این پروژه طول کشیده است. هر شب از مشاهده، در حدود یک پتابایت (۱۰۱۵ ) داده تولید می کند و بنابراین اعضا تیم مجبور بودند این مقدار اطلاعات را به روش قدیمی از جایی به جای دیگر منتقل کنند. دیمیتری سالتیس، دانشمند پروژه و استاد ستاره شناسی در دانشگاه آریزونا  می گوید” هیچ راهی برای انتقال این مقدار داده از طریق اینترنت وجود ندارد، بنابراین آنچه ما واقعا انجام می دهیم این است که هارد درایو هایمان را به کار می گیریم و آن ها را از طریق پست فدکس از محلی به محل دیگر منتقل می کنیم. این راه بسیار سریع تر از هر کابل دیگری است.”

البته این کار تجزیه و تحلیل داده ها را پیچیده و کند می کند. برای مثال داده های EHT در محدوده قطب جنوب، تا دسامبر ۲۰۱۷، یعنی تا زمانی که هوا به اندازه کافی برای ورود و خروج هواپیما گرم شود، نمی توانستند به جنوبگان منتقل شوند.

پروژه EHT دو هدف اصلی داشت، تصویرسازی از یک افق رویداد برای اولین بار و کمک به تعیین اینکه آیا نظریه نسبیت عام اینشتین نیاز به تجدید نظر دارد یا خیر. قبل از اینشتین، جاذبه به طور کلی به عنوان یک نیروی مرموز مورد توجه بود. اما نسبیت عام، جاذبه را به عنوان انحراف فضا-زمان توصیف می کند به این معنی که اجرام پر جرم مانند سیاره ها، ستاره ها و سیاه چاله ها نوعی خمیدگی در فضا-زمان ایجاد می کنند، درست مانند یک توپ بولینگ که بر روی یک ترامپولین قرار گرفته باشد و به دلیل این خمیدگی اجرام نزدیک، منحنی ایجاد شده را دنبال می کنند و به سمت توده پر جرم مرکزی کشیده می شوند.

 

نسبیت عام انیشتین و کهکشان m87

 

سالتیس می گوید”نسبیت عام به طور باورنکردنی پس از یک قرن از انتشار آن به درستی ادامه داشته و از هر آزمایشی که دانشمندان انجام داده اند، عبور کرده است. اما، مشاهدات EHT یک آزمایش دیگر در قلمرویی وسیع تر فراهم کرده است که ممکن است در آنجا پیش بینی ها با واقعیات منطبق نباشند.

 اگر سیاه چاله مشاهده شده با شبیه سازی های نظری ما مطابقت داشته باشد، پس اینشتین ۱۰۰٪ درست گفته است. اما اگر جواب خیر باشد، بنابراین ما مجبوریم نظریه او را تغییر دهیم تا با آزمایش ها سازگار باشد. این روشی است که علم با آن پیش می رود و ما امروز با پروژه افق رویداد می دانیم که حداقل در حال حاضر هیچ تغییری لازم نیست. مشاهدات EHT از M87 با نسبیت عام سازگاری دارد. یعنی، افق رویداد تقریبا مدور است و اندازه ی آن برای یک سیاه چاله با آن جرم بسیار صحیح است”.

نتایج جدید همچنین می توانند به درک درست سیاه چاله ها کمک کنند. برای مثال، تصاویر EHT کمک زیادی درباره ی اینکه چطور گازها به صورت مارپیچ به سمت حفره سیاه چاله کشیده می شوند می کند. همچنین شکل یک افق رویداد می تواند نشان دهد که آیا آن سیاه چاله در حال چرخش است یا خیر. داده های EHT نشان می دهد که سیاه چاله M87 به صورت ساعتگرد در حال چرخش است.

این پروژه همچنین باید نشان دهد که چگونه ماده در اطراف سیاه چاله توزیع می شود، و در نهایت مشاهدات EHT می تواند به ستاره شناسان آموزش دهد که چطور سیاه چاله های غول پیکر تکامل کهکشان میزبان خود را در مقیاس های زمانی طولانی شکل می دهند.

چرا اولین تصویر سیاه چاله یک حلقه نارنجی رنگ است؟

سیاه چاله ها با وجود اینکه اجرام متراکمی هستند اما به طور استثنائی فوق العاده عظیم هستند و به دلیل این جرم عظیم، سیاه چاله، فضا- زمان اطراف خود را خم کرده، گرد و غبار و گازهای اطراف خود را به شدت گرم می کند.

بنا به تعریف، سیاه چاله ها اجرام نامرئی هستند. زیرا هیچ نوری نمی تواند از آنها فرار کند. اما یک پیش بینی که توسط آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام مطرح شده است، بیان می کند که تحت شرایط خاص، شکل بیرونی سیاه چاله و افق رویداد آن قابل مشاهده است.

در تصویر سیاه چاله، دایره سیاه “سایه” سیاه چاله و مرز آن را نشان می دهد که توسط مواد درخشانی که آن را احاطه کرده اند ایجاد شده است. اگرچه، رنگ های حلقه ی روشن اطراف سیاه چاله در تصویر رنگ های واقعی گاز نیستند؛ با این حال، این رنگ ها نمایانگر یک نقشه رنگی هستند که توسط پژوهشگران EHT انتخاب شده اند تا روشنایی انتشار یافته را نشان دهند.

به گفته اعضا تیم:” زرد شدیدترین انتشار است، قرمز شدت کمتری دارد، و پس از آن سیاه است که نشان دهنده انتشار صفر یا کم است. در محدوده بصری، حلقه اطراف سیاه چاله می تواند سفید یا شاید کمی آبی یا قرمز به نظر برسد”.

چشم انداز جدید

اولین تصویر از سیاه چاله می تواند مانند عکس معروف “طلوع زمین” که توسط فضانورد آپولو ۸، بیل آندرس در سال ۱۹۶۸ گرفته شد نحوه تفکر ما درباره ی خود و جایگاهمان در جهان را تغییر دهد. این عکس، به ما چشم اندازی جدید از سیاره‌مان آنطور که واقعا هست، یعنی یک منطقه دورافتاده از حیات در دریای نامحدودی از تاریکی می دهد.

دیدن تصویر یک سیاه چاله واقعی و زنده مانند یک فیلم علمی تخیلی است و ما تصاویر اولیه این پروژه را دیدیم. پیشرفت های زیادی در انتظار این پروژه است.

 

بیشتر بخوانید:

سیاهچاله ها، غول های کیهانی

دکتر فیروز نادری

 

منبع مقاله: space.com

مترجم: لیلا رضایی

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *