عکس شگفت‌انگیز سیاهچاله کهکشان مسیه ۸۷ چگونه به ثبت رسید

عکس شگفت‌انگیز سیاهچاله کهکشان مسیه ۸۷ چگونه به ثبت رسید

ثبت اولین عکس از یک نقطه عطفی در تاریخ علم بود. اما تجهیزات و تکنیک‌هایی که دانشمندان برای ثبت این عکس تاریخی از آن استفاده کردند از پیشرفت‌های بزرگ دنیای نجوم بودند.

ثبت اولین عکس از یک سیاهچاله شاید نقطه عطفی در تاریخ علم باشد، اما علاوه بر این، باید بدانیم آرایه تلسکوپی که در ثبت این عکس تاریخی به کار رفت نیز یکی از پیشرفت‌های بزرگ دنیای نجوم است. ستاره‌شناسان دو روز پیش عکس شگفت‌انگیز سیاهچاله‌ای در مرکز «کهکشان مسیه ۸۷ (Messier 87)» را منتشر کردند. اما اتفاقی که دو روز پیش افتاد، نقطه اوج تلاش چند ساله‌ای از سراسر جهان بود.

کهکشان مسیه ۸۷ به لحاظ نجومی، نزدیک به ما است. این کهکشان بیضوی و عظیم تقریبا ۵۵ میلیون سال نوری با ما فاصله دارد و در بخش شمالی خوشه سنبله قرار دارد. این کهکشان که یکی از بزرگ‌ترین کهکشان‌های جهان است، در سال ۱۷۸۱ توسط  شارل مسیه، منجم فرانسوی کشف شده و به افتخار خود او نیز کهکشان مسیه ۸۷ نامگذاری شد.

در حالی که این کهکشان ممکن است چندین قرن پیش مشاهده شده باشد، اما سیاهچاله‌ی غول‌پیکری که در مرکز این کهکشان قرار دارد، به صورت معمای حل نشده‌ای باقی مانده بود. به عنوان مثال، ناسا قبلا ابری از ذرات با انرژی بالا را در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ مشاهده کرده بود که با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کردند. این ابر تا بیش از هزار سال نوری امتداد می‌یافت. در همین حال، تلسکوپ فضایی هابل شیء حباب مانند عجیبی موسوم به HST-1 را نیز در میان این جریان پرانرژی مشاهده کرد که مرتبا ظاهر و محو می‌شد که دانشمندان هنوز توضیحی برای آن ندارند.

عکس سیاهچاله کهکشان مسیه 87
سیاهچاله‌ها نواحی از فضا زمان هستند که قوانین معمولی فیزیک ما در آنجا کاربردی ندارند

مهم‌ترین مشکل در مطالعه سیاهچاله‌ها این است که این اجسام، چنان گرانشی قوی دارند که حتی نور نیز از آن راه گریزی ندارد. در واقع، سیاهچاله‌ها نواحی از فضا زمان هستند که قوانین معمولی فیزیک ما در آنجا کاربردی ندارند. نقطه‌ای موسوم به «افق رویداد (Event Horizon)» همان مرز یک سیاهچاله است که نور دیگر امکان مقاومت در برابر نیروی گرانش بسیار شدید سیاهچاله را ندارد. بدون انرژی که امکان گریز از این اجسام مرموز را داشته باشد، امکان تصویربرداری از سیاهچاله‌ها وجود ندارد.

راه‌حل پیشنهادی ستاره‌شناسان برای این مشکل این است که به جای خود سیاهچاله از سایه‌اش تصویربرداری کنیم. بعد از افق رویداد، نیروهای بسیار قوی، گازها مواد بسیار داغی قرار دارند که حتی در آن فضا زمان شروع به خمش می‌کند. اگر همچون کهکشان مسیه ۸۷، سیاهچاله در مرکز منطقه‌ای قرار داشته باشد که با گازهای درخشان روشن شده، این خم‌شدگی گرانشی باعث پدید آمدن سایه‌ای می‌شود.

بدون انرژی که امکان گریز از این اجسام مرموز را داشته باشد، امکان تصویربرداری از سیاهچاله‌ها وجود ندارد.
بدون انرژی که امکان گریز از این اجسام مرموز را داشته باشد، امکان تصویربرداری از سیاهچاله‌ها وجود ندارد.

این سایه درست مانند عکس جدیدی که به ثبت رسیده، به صورت گودالی در مرکز ابرهای درخشان گاز قابل مشاهده خواهد بود. در چنین حالتی، خود سیاهچاله به طور قابل‌توجهی کوچکتر از سایه‌اش است. در واقع سیاهچاله حدود ۲٫۵ برابر کوچکتر از سایه‌اش خواهد بود، با این وجود قطر سیاهچاله‌ای که به تازگی عکسی از آن ثبت شده، حدود ۴۰ میلیارد کیلومتر است.

پل هارتز، مدیر دپارتمان اخترفیزیک در دفتر مرکزی ناسا، گفت:

سال‌ها پیش ما فکر می‌کردیم که باید یک تلسکوپ فضایی بسیار بزرگ بسازیم تا بتوانیم عکس یک سیاهچاله را ثبت کنیم.

در حالی که این امکان غیر ممکن نبود و در واقع ناسا در حال کار بر روی تعدادی از تلسکوپ‌های فوق العاده قدرتمند است که ثبت یک عکس از سیاهچاله را در سال‌های آینده (بسیار دور) امکان‌پذیر خواهد کرد. اما در حقیقت، با این امکان که بتوانیم به وسیله یک تلسکوپ عکسی از سیاهچاله‌ای مانند آنچه در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ ثبت شد داشته باشیم، حداقل چند دهه‌ای فاصله داریم.

در عوض دانشمندان برای تحقق این امر به کارگروهی روی آوردند. و به جای یک تلسکوپ، پروژه «تلسکوپ افق رویداد (EHT)» را راه‌اندازی کردند که از داده‌های ۸ تلسکوپ بزرگ و قوی برای تصویربرداری از کهکشان مسیه ۸۷ بهره برد. تلسکوپ افق رویداد در واقع ترکیبی از ۸ تلسکوپ قوی متشکل از آرایه‌ی رادیویی آلما (ALMA) و تلسکوپ رادیویی APEX در شیلی، IRAN 30m در اسپانیا، تلسکوپ میلی‌متری بزرگ (LMT) در مکزیک، تلسکوپ زیرمیلی‌متری (SMT) در آریزونا، تلسکوپ جیمز کلرک ماکسول (JCMT) و آرایه‌ی زیرمیلی‌متری (SMA) در هاوایی و تلسکوپ قطب جنوب (SPT) در جنوبگان است که همگی باهم آرایه‌ی تلسکوپی فوق‌العاده قدرتمندی را شکل داده‌اند. تمامی این ابزارهای نجومی، داده‌های خود را در سخت‌افزارهایی پیشرفته‌ای ذخیره می‌کنند و داده‌های به دست آمده توسط ابرکامپیوترهایی در مرکز نجوم رادیویی مؤسسه ماکس پلانک در آلمان باهم تلفیق می‌شوند.

تلسکوپ افق رویداد در واقع ترکیبی از ۸ تلسکوپ قوی در سراسر جهان است
تلسکوپ افق رویداد در واقع ترکیبی از ۸ تلسکوپ قوی در سراسر جهان است

البته آن‌طور که احتمالا حدس زده باشید، اطلاعاتی که ثبت می‌شوند، آن چنان کم حجم نیستند. در واقع، هر تلسکوپ روزانه ۳۵۰ ترابایت داده جمع‌آوری می‌کند. تیم پروژه تلسکوپ افق رویداد به جای ارسال دیجیتالی، این داده‌ها را در داریوهایی بارگذاری می‌کند و هواپیمایی که درایوها را حمل می‌کند بر فراز مراکزی که ابرکامپیوترها در آن مستقرند به پرواز درمی‌آید. با وجود ۸ تلسکوپی که همزمان کار می‌کنند، نکته کلیدی این بود که داده‌های هر کدام از تلسکوپ‌ها به خوبی آراسته شوند. هر کدام از ابرکامپیوترها نیز به ساعت‌های اتمی مجهز هستند تا زمان ثبت هر مشاهده را دقیقا مشخص کنند.

نتیجه هم چیزی است که تیم پروژه تلسکوپ افق رویداد از آن به عنوان «تلسکوپ مجازی به اندازه کره زمین» یاد می‌کند. در این پروژه، ابتدا از تلسکوپ‌های رادیویی استفاده شد و مشاهدات نیز در نوارهای اشعه ایکس و گاما ثبت می‌شد. پروژه تلسکوپ افق رویداد از تکنیکی موسوم به تداخل خط پایه بسیار طولانی(VLBI) بهره می‌برد.  با این حال، آنچه گفتیم فقط وظیفه‌ی آرایه تلسکوپی بود. تیم پروژه تلسکوپ افق رویداد، نیاز به الگوریتم‌هایی نیز داشت بتواند این داده‌ها را به‌خوبی پردازش کند.

در حالی که نخستین عکس از یک سیاهچاله ممکن است یک نقطه عطف مهم باشد، اما تنها شروع کاری است که تیم تلسکوپ افق رویداد امیدوارند در آینده کامل کنند. در حالی که اکنون این آرایه متشکل از ۸ تلسکوپ است، در آینده حتی بزرگتر نیز خواهد شد. پروژه تلسکوپ افق رویداد در آینده از سه تلسکوپ جدید، آرایه میلی‌متری ممتد شمالی (NOEMA)، رصدخانه ملی کیت پیک و رادیو تلسکوپ گرینلند بهره خواهد برد.

عکس سیاهچاله کهکشان مسیه 87
شاید در آینده توضیحی برای معمای مشهور «پارادوکس اطلاعات» داشته باشیم

هنگامی که این اتفاق بیافتد، انتظار می‌رود که حساسیت مشاهداتی پروژه به طرز قابل‌توجهی افزایش پیدا کند. علاوه بر این، انعطاف‌پذیرتری بیشتری نیز خواهد داشت. تلسکوپ‌های مختلف در موقعیت‌های جغرافیایی متفاوت تحت‌تأثیر شرایط آب و هوایی، فصلی و سایر عوامل قرار خواهند گرفت. اما با افزایش تعداد بیشتری از ابزارهایی که می‌توانند به صورت همزمان کار کنند، با وجود چنین شرایطی، آرایه تلسکوپی قادر خواهد بود حجم قابل‌ملاحظه‌ای داده جمع‌آوری کند.

در حال حاضر، دانشمندان در حال جمع‌آوری اولین اطلاعات هستند و قطعا پس از ثبت اولین عکس سیاهچاله، شاهد اکتشافات جدیدی نیز خواهیم بود و شاید به زودی دانشمندان بتوانند برخی از اسرار سیاهچاله‌ها را برملا کنند. در میان برخی از مهمترین سؤالاتی که در مورد سیاهچاله‌ها داریم اینکه انرژی که توسط سیاهچاله‌ها بلعیده می‌شود، به کجا می‌روند؟ و چرا ذراتی اطراف سیاهچاله می‌توانند چنین جریان‌های پر انرژی را پدید بیاورند؟ و شاید توضیحی برای معمای مشهور «پارادوکس اطلاعات» داشته باشیم. به‌طور خلاصه، قوانین مکانیک کوانتوم بیان می‌کند که همه‌چیز در جهان با اطلاعاتی در مورد ذرات تشکیل‌دهنده در حالت کوانتومی کد گذاری شده‌اند، این اطلاعات هرگز حتی اگر درون ‌سیاهچاله مکیده شوند به‌طور کامل ناپدید نمی‌شوند. برای پاسخ به سؤالات بزرگ قطعا نیاز به تلسکوپی بزرگ خواهد بود!

منبع: slashgear

ارائه‌ از بخش خبری سایت سرگرمی

پیگیری سفارش
لیست مقایسه