اولین تصویر واقعی ثبت شده از سیاهچاله
تمامی تصاویری که پیش از این از سیاهچاله ها دیده بودید چیزی نبودند جز تصویرسازی و انیمیشن هایی که از روی تصورات و همچنین داده های علمی ساخته شده بودند. حالا دانشمندان برای اولین بار توانستند با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope) از یک سیاهچاله واقعی عکسبرداری کنند.
به گزارش پورتال یو سی (شما می توانید)، سیاهچاله منطقه ای فضا – زمان با گرانشی چنان نیرومند است که هیچ چیز، حتی تابش های الکترومغناطیسی مثل نور نمی تواند از میدان گرانش آن بگریزد و ما حالا عکسی داریم از نورهای رقصان اطراف این جرم سیاه. این سیاهچاله در مرکز کهکشان M87 قرار دارد.
این تصویر یک حلقه نورانی را در حالی نشان می دهد که نور به سمت گرانش بسیار زیاد داخل سیاهچاله خم شده است. دایره سیاه مرکز تصویر در واقع سایه سیاهچاله است.
جرم این سیاهچاله 6.5 میلیارد برابر بیشتر از خورشید است و 55 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد. این تصویر برای اثبات وجود سیاهچاله های فوق العاده بزرگ مدرک قدرتمندی ارائه و پنجره جدیدی به روی مطالعه برای سیاهچاله ها و گرانش آنها باز می کند.
تلسکوپ افق رویداد که بوسیله آن از این سیاهچاله عکسبرداری شده، در واقع تلسکوپی متشکل از 8 تلسکوپ رادیویی روی زمین است که با اتصال آنها به یکدیگر تلسکوپی مجازی به قطر زمین با حساسیت و رزولوشن بی نظیری ایجاد کرده اند. این تلسکوپ نتیجه سال ها همکاری بین المللی است و برای دانشمندان راه جدیدی جهت مطالعه روی مهم ترین موضوعات کیهان که توسط نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی شده اند، باز کرده است.
این تصویر تاریخ علم را عوض کرد و به پرسش های بسیاری پاسخ داد و با این حال هنوز 3 پرسش اساسی در این مورد بی پاسخ مانده است:
- سیاهچاله ها چطور فوران های سریع و پُر انرژی خودشان را تولید می کنند؟
- کوانتوم مکانیک و نسبیت چطور با هم چفت می شوند؟
- تابش هاوکینگ چگونه اتفاق می افتد؟
ستاره های سیاه
برای اولین بار یک اخترشناس انگلیسی به نام جان میکهل بود که در سال 1783 این نظریه را فرمول بندی کرد که ستاره های سیاه آنقدر حجیم هستند که گرانش آنها بقدری زیاد است که حتی اگر یک فوتون با سرعت نور هم وارد آن شود، نمی تواند از جاذبه آن فرار کند. از زمان این پیش بینی پیشروانه چیزهای زیادی اتفاق افتاده اند.
در ژانویه امسال اخترشناسان عکسی از امواج رادیویی پراکنده شده از منبعی که به نام صورت فلکی A* شناخته می شود، منتشر کردند. این منطقه در اطراف سیاهچاله فوق بزرگ مرکز کهکشان ما قرار گرفته است. حالا تلسکوپ افق رویداد توانسته موفق به مشاهده افق رویداد سیاهچاله فوق بزرگ کهکشان M87 شود؛ کهکشان نسبتاً نزدیک به کهکشان ما که نور آن 55 میلیون سال طول می کشد تا به ما برسد.
یک گام بزرگ به ارزش نوبل
جرم این سیاهچاله 6.5 میلیارد برابر خورشید و شعاع افق رویداد آن حدود 20 میلیارد کیلومتر است که 3 برابر فاصله پلوتو از خورشید است. برای دیدن چنین چیزی در فضا با توجه به فاصله آن از زمین به مهندسی باورنکردنی نیاز است. دیدن آن مشابه مشاهده یک شئی یک میلیمتری در فاصله 13 هزار کیلومتری است. این دستاورد که ارزش جایزه نوبل را دارد، نه از روی تصادف که بر اساس اندازه گیری هایی بدست آمده که حاصل نسل ها پیشرفت در دانش و فناوری است.
در اوایل قرن بیستم زمانی که آلبرت اینشتین نظریه نسبیت خود را ارائه کرد، پیشرفت های بزرگی اتفاق افتاد. معادلات او فضا و زمان را به هم پیوند می دهد و اطلاعات جدیدی درباره حرکت ماده و همچنین محیط های گرانشی و حرکت امواج در فضا – زمان ارائه کردند. در سال های 1920 و 1930 دانشمندان فیزیک هسته ای به نتایج غیر قابل اجتناب دست یافتند که نشان می داد اگر ستاره ها به اندازه کافی بزرگ باشند، احتمالاً با یک فروپاشی گرانشی فاجعه بار در درون خود به حیات شان خاتمه می دهند و منجر به تشکیل یک ستاره منجمد خواهند شد. این موضوع طبیعت عجیب زمان در نظریه اینشتین را آشکار می کرد. بر این اساس در افق رویداد این ستارگان، یعنی مرز بدون بازگشتی که در اطراف چنین ستاره هایی ایجاد می شود، زمان از نظر یک ناظر بیرونی ثابت و منجمد می شود.
از آن زمان با وجود پیشرفت هایی که در فیزیک کوانتوم و مطالعه روی رفتار ذرات بدست آمده، همچنان سطح بیرونی و درون سیاهچاله ها یک محیط تحقیقاتی ناشناخته برای انسان ها باقی مانده است.
میلیون ها ستاره سیاه نادیدنی
با اینکه کهکشان ما دارای میلیون ها سیاهچاله است، اما افق رویداد آنها کوچکتر از آن است که بتوانیم آنها را مشاهده کنیم. به عنوان مثال اگر خورشید دچار فروپاشی سیاهچاله ای شود، افق رویدادی که ایجاد می کند فقط 3 کیلومتر خواهد بود؛ در حالی که امواج گرانشی کهکشان های دیگر نشان می دهد که در آنها سیاهچاله های فوق بزرگ وجود دارند؛ بنابراین اهداف تلسکوپ افق رویداد روی سیاهچاله های فوق بزرگ در مرکز کهکشان ها معطوف شد.
کلمه سیاهچاله در واقع از زمانی همه گیر شد که در سال های میانه دهه 60 میلادی اخترشناسان بر این موضوع ظن بردند که ستاره های سیاه فوق بزرگ در واقع هسته مرکزی کهکشان ها هستند. تئوری های زیادی برای چگونگی تشکیل این سیاهچاله ها وجود دارد، اما فارغ از نامشان آنها سوراخ هایی در فضا – زمان نیستند؛ بلکه جرم های نجومی هستند.
سال 1995 بود که وجود سیاهچاله ها توسط ماکوتو میوشی و همکارانش بوسیله تداخل سنجی رادیویی اثبات شد. آنها جرمی را میانه کهکشان M106 پیدا کردند که می تواند یک سیاهچاله باشد یا به زودی به سیاهچاله تبدیل خواهد شد. امروزه حدود 130 سیاهچاله فوق بزرگ در مرکز کهکشان های نزدیک شناسایی شده اند، اما با وجود این سیاهچاله ها همچنان سیاهچاله های کهکشان راه شیری و M87 بزرگترین افق رویدادهایی را که از زمین قابل مشاهده هستند، دارند و به همین دلیل تیم بین المللی تلسکوپ افق رویداد روی این دو هدف تمرکز کرده اند.
تصویر محو و سایه واری که از سیاهچاله M87 گرفته شده، یک تصویر مسحور کننده علمی است. در حالی که سیاهچاله ها ظاهراً می توانند زمان را متوقف کنند، این دستاورد باید قدرت پیش بینی دانش را یادآوری کند؛ چرا که قدرت تصور انسان ها در کنار خلاقیت و عزم و تلاش آنها قدرتی از نیروهای طبیعت است.
اینشتین باز هم درست می گفت.
سیاهچاله ها برای زمان زیادی سوپراستارهای داستان های علمی – تخیلی بودند، اما شهرت هالیوودی آنها کمی عجیب است؛ با توجه به اینکه هیچکس آنها را ندیده بود، حداقل تا امروز. با همه اینها این اتفاق یک آزمایش بی نظیر درباره درستی ایده های اینشتین درباره طبیعت فضا و زمان است و نگاهی بسیار نزدیکتر به نقش سیاهچاله ها در کیهان می اندازد. خلاصه آنچه افق رویداد به ما گفت این است: «اینشتین درست می گفت.»
به لطف کارهای پیشگامانه استفان هاوکینگ می دانیم که این جرم های عظیم یکسری چاله های سیاه نیستند و نه تنها آنها می توانند فوران های عظیم پلاسمایی داشته باشند؛ بلکه گرانش عظیم آنها جریانات ماده را به درون خودش می کشد. وقتی ماده به افق رویداد سیاهچاله می رسد به حالت یک صفحه به حال گردش در می آید. ماده در اینجا به علت برخورد با مواد دیگر و اصطکاک، قسمتی از انرژی خود را آزاد می کند. درست مثل زمانی که ما در یک روز سرد زمستانی برای گرم شدن دست هایمان را به هم می مالیم، مواد دور افق رویداد هم با اصطکاک انرژی آزاد می کنند. موادی که به افق رویداد نزدیکتر هستند، حتی صدها بار درخشان تر از خورشید می شوند. این همان نوری است که تلسکوپ افق رویداد در اطراف دایره سایه وار ثبت کرده است.
مهم ترین دستاورد این ماموریت این بود که اینشتین باز هم درست می گفت. نظریه نسبیت عام او دو آزمایش بسیار سخت را در شرایط کیهان در سال های گذشته پشت سر گذاشته است. نظریه اینشتین مشاهداتی که از M87 بدست آمده را با دقت بسیار زیادی پیش بینی کرده بود که به نظر می رسد توضیح درستی از ماهیت فضا، زمان و گرانش است. همچنین اندازه گیری سرعت موادی که اطراف مرکز سیاهچاله در حرکت هستند، نشان می دهد که آنها تقریباً با سرعت نور حرکت می کنند.
اینکه بتوان تصویر سیاهچاله کهکشان راه شیری را به دقت بدست آورد، بیش از حد چالش برانگیز بود، اما تلسکوپ های بیشتری به مجموعه تلسکوپ های افق رویداد اضافه خواهد شد که حتی اجازه خواهد داد از سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری هم عکس برداری شود. دانشمندان امیدوار هستند به زودی این اتفاق رخ دهد.
منابع
خبر علمی «اولین تصویر واقعی ثبت شده از سیاهچاله» توسط هیئت تحریریه خبر پورتال یو سی (شما می توانید) با استناد به The Atlantic و مجله دانشمند، ترجمه، تدوین و نگارش شده است.
