هر آنچه باید از نخستین تصویر سیاهچاله بدانید

هر آنچه باید از نخستین تصویر سیاهچاله بدانید

دانشمندان در اتفاقی تاریخی، از اولین تصویر واقعی از یک سیاهچاله رونمایی کردند. سیاهچاله‌ای که دانشمندان از تصویر آن رونمایی کردند در فاصله‌ی ۵۵ میلیون کیلومتری زمین در مرکز کهکشانی دوردست واقع است.

چهارشنبه هفته گذشته، ساکنان زمین برای اولین بار تصویر واقعی یک سیاهچاله را دیدند. این عکس حلقه‌ای نارنجی نامنظمی را نشان می‌داد که در اطرافش سایه‌ای تاریک دیده می‌شد. این سایه متعلق سیاهچاله‌ای بود که در فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نوری از ما در مرکز کهکشانی به نام «مسیه ۸۷ (Messier 87)» واقع شده است.

با این اولین تصویر تاری که از سیاهچاله ثبت شد، مهر تأیید دیگری بر نظریه نسبیت انیشتین زده شد. قبلا برخی دانشمندان فکر می‌کردند که معادلات این فیزیکدان تئوری رفته رفته نادرست از آب در خواهند آمد، اما خلاف آن به اثبات رسید. با این حال، این تصویر بی‌نظیر، سوالات زیادی را در ذهن بسیاری از کاربران به وجود آورد، در اینجا سعی می‌کنیم به برخی از این سؤالات بپردازیم. با سرگرمی همراه باشید:

سیاهچاله چیست؟

سیاهچاله‌ها اجسام بسیار متراکمی هستند که هیچ‌چیز، حتی نور راه گریزی از آن‌ها ندارد. در واقع، سیاهچاله‌ها نواحی از فضا زمان هستند که قوانین معمولی فیزیک ما در آنجا کاربردی ندارند. سیاهچاله‌ها با بلعیدن مواد اجرام نزدیک خود، رشد می‌کنند. تصور می‌شود «سیاهچاله‌های کلان‌جرم (Supermassive Black Hole)» که جرمی از میلیون‌ها تا میلیاردها برابر بزرگ‌تر از خورشید دارند، در مرکز تقریبا تمامی کهکشان‌های عالم از جمله کهکشان ما راه شیری وجود دارند. اگر کنجکاوید، نام سیاهچاله‌ای که در مرکز کهکشان ما قرار دارد، «کمان ای* (Sagittarius A*)» است.

چرا قبلا هیچ تصویری از سیاهچاله‌ها ثبت نشده بود؟

سیاهچاله‌ها، حتی بزرگ‌ترین آن‌ها، آن‌قدر بزرگ نیستند. دیمیتریوس پِسالتیس، اخترفیزیکدانی از دانشگاه آریزونا در این مورد توضیح داده است:

به عنوان مثال، ثبت تصویری از یک سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری ما که تصور می‌شود حدود ۴ میلیارد برابر بزرگتر از خورشید باشد، مانند گرفتن یک عکس از دی‌وی‌دی روی سطح ماه است.

قبل از عکس اخیر، دانشمندان چطور می‌دانستند سیاهچاله‌ها وجود دارند؟

در ابتدا، نظریه‌ی نسبیت اینشتین پیش‌بینی کرده بود که وقتی عمر یک ستاره‌ی عظیم به سر می‌رسد، هسته‌ای متراکم از آن باقی می‌ماند. معادلات انیشتین نشان می‌دهد، اگر این هسته بیش از سه برابر بزرگتر از خورشید باشد، این نیروی گرانشی سیاهچاله‌ای را به وجود می‌آورد. اما تا چهارشنبه هفته‌ی گذشته، دانشمندان نتوانسته بودند از یک سیاهچاله عکس بگیرند یا مستقیمات مشاهده‌اش کنند.

تا قبل از اینکه اخترشناسان تصویر اخیر را از سیاهچاله ثبت کنند، سیاهچاله‌ی غول‌پیکر مرکز کهکشان مسیه ۸۷ ، به صورت یک معمای حل نشده‌ باقی مانده بود. اخترشناسان قبلا ابری از ذرات با انرژی بالا را در مرکز کهکشان مشاهده کرده بود که با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کرد
تا قبل از اینکه اخترشناسان تصویر اخیر را از سیاهچاله ثبت کنند، سیاهچاله‌ی غول‌پیکر مرکز کهکشان مسیه ۸۷ ، به صورت یک معمای حل نشده‌ باقی مانده بود. اخترشناسان قبلا ابری از ذرات با انرژی بالا را در مرکز کهکشان مشاهده کرده بود که با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کرد

در عوض، دانشمندان برای اثبات وجود سیاهچاله‌ها متکی به شواهد غیرمستقیمی مانند رفتار اجرام اطراف سیاهچاله یا سیگنال‌هایی که از اجرام مجاور ساطع می‌شد بودند. به عنوان مثال، سیاهچاله‌ها ستارگانی که بیش از حد به این اجرام مرموز نزدیک می‌شوند را همچون یک جارو برقی کیهانی می‌مکند. این فرایند ستاره‌ها را گرم می‌کند و موجب می‌شود سیگنال‌های اشعه ایکسی را از خود ساطع کنند که توسط تلسکوپ‌های زمینی قابل تشخیص است. گاهی اوقات سیاهچاله‌ها خود نیز جریان پر انرژی را منتشر می‌کنند که بازهم توسط ابزارهای ما قابل تشخیص‌اند. دانشمندان همین‌طور حرکت اجرام کیهانی را بررسی می‌کنند، اگر جرمی حرکات عجیبی یا نامتعارفی داشته باشد، ممکن است دلیل آن حضور سیاهچاله‌ای در نزدیکی‌اش باشد.

در این تصویر چه می‌بینیم؟

سیاهچاله‌ها خود تابش‌های قابل تشخیص بسیار کمی ساطع می‌کنند، اما همان‌طور که انیشتین پیش‌بینی کرده بود، پیرامون سیاهچاله (که به آن «قرص برافزایشی (Accretion Disc) نیز می‌گویند) و افق رویداد (مرزی که نور راه گریزی از آن ندارد) قابل مشاهده هستند.  اکنون درستی این پیش‌بینی به اثبات رسیده است. دایره تاریکی که در وسط تصویر مشاهده می‌کنید، سایه‌ی سیاهچاله است که به وسیله گازهای برافروخته‌ی اطراف افق رویداد قابل مشاهده‌ است. گرانش بسیار شدید سیاهچاله گازها را بسیار داغ می‌کند که موجب انتشار تابش یا برافروختگی می‌شود. اما گاز افق رویداد واقعا نارنجی رنگ نیست، در واقع، اخترشناسان پروژه سیاهچاله تصمیم گرفتند که سیگنال‌های رادیویی را با رنگ نارنجی مشخص کنند تا میزان انتشار گاز را نشان دهند.

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
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

رنگ‌های زرد نمایانگر شدیدترین انتشارات است، در حالی که قرمز کمترین شدت را نشان می‌دهد و رنگ سیاه نیز انتشار گازهای بسیار پائین یا عدم وجود هیچ انتشاری را نشان می‌دهد. در طیف قابل مشاهده، رنگ انتشار گازها احتمالا با چشم غیر مسلح به رنگ سفید، شاید کمی آبی یا قرمز دیده شود.

چرا تصویر تار است؟

با تکنولوژی فعلی، این بالاترین وضوح قابل دستیابی است. وضوح تلسکوپ افق رویداد حدود ۲۰ میکرو آرک ثانیه‌ است. در واقع، اگر یک عکس معمولی را که حاوی میلیون‌ها پیکسل است، چندین هزار بار بزرگ‌نمایی کنیم و سپس صافش کنیم، همان وضوحی را مشاهده می‌کنیم که در تصویر اخیر از سیاهچاله دیدیم. اما با توجه به اینکه این تصویر از سیاهچاله‌ای در فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نور از ما ثبت شده، وضوحی که حالا در اختیار داریم فوق‌العاده بالا است.

افق رویداد (ناحیه برافروخته در تصویر) همان مرز یک سیاهچاله است که نور دیگر امکان مقاومت در برابر نیروی گرانش بسیار شدید را ندارد. بدون انرژی که امکان گریز از این اجسام مرموز را داشته باشد، امکان تصویربرداری از سیاهچاله‌ها وجود ندارد
افق رویداد (ناحیه برافروخته در تصویر) همان مرز یک سیاهچاله است که نور دیگر امکان مقاومت در برابر نیروی گرانش بسیار شدید را ندارد. بدون انرژی که امکان گریز از این اجسام مرموز را داشته باشد، امکان تصویربرداری از سیاهچاله‌ها وجود ندارد

چرا حلقه‌ای که در تصویر دیده می‌شود نامنظم است؟

در واقع، دانشمندان هم جواب این سؤال را نمی‌دانند، اما امیدوارند که در آینده توضیحی برای این مسئله پیدا کنند.

دانشمندان چگونه این تصویر را ثبت کردند؟

بیش از ۲۰۰ اخترشناس از شبکه‌ای متشکل از ۸ تلسکوپ رادیویی در سراسر جهان برای ثبت این تصویر تاریخی استفاده کردند. تلسکوپ‌های این پروژه که «تلسکوپ افق رویداد (EHT)» نام دارد، معمولا در نواحی مرتفع مانند هاوایی و مکزیک، کوه‌های آریزونا و سیرا نوادا اسپانیا، کویر آتاکاما در شیلی و جنوبگان مستقر شدند.

اخترشناسان برای تصویربرداری از یک سیاهچاله به جای خود این جرم از سایه‌اش تصویربرداری می کنند. بعد از افق رویداد، نیروهای بسیار قوی، گازها مواد بسیار داغی قرار دارند که باعث پدید آمدن سایه می‌شوند. این سایه، همان‌طور که در تصویر نیز می‌بینید به صورت گودالی در مرکز ابرهای برافروخته گاز قابل مشاهده‌اند
اخترشناسان برای تصویربرداری از یک سیاهچاله به جای خود این جرم از سایه‌اش تصویربرداری می کنند. بعد از افق رویداد، نیروهای بسیار قوی، گازها مواد بسیار داغی قرار دارند که باعث پدید آمدن سایه می‌شوند. این سایه، همان‌طور که در تصویر نیز می‌بینید به صورت گودالی در مرکز ابرهای برافروخته گاز قابل مشاهده‌اند

اخترشناسان در آوریل سال ۲۰۱۷، تمامی تلسکوپ‌های رادیویی را برای اندازه‌گیری امواج رادیویی که از افق رویداد سیاهچاله ساطع می‌شد، با هم همگام‌سازی کردند. همگام‌سازی این تلسکوپ‌ها مانند آن است که تلسکوپی به بزرگی کره زمین با رزولوشن ۲۰ میکرو آرک ثانیه‌ داشته باشیم. چنین تلسکوپی چنان قدرتمند است که می‌توانیم با استفاده از آن، روزنامه‌ی فردی را که در پارکی در نیویورک نشسته از کافه‌ای در پاریس بخوانیم! دانشمندان سپس تمام این اندازه‌گیری‌های خام را تجزیه و تحلیل کردند و همه را با انطباق با هم به یک تصویر واحد تبدیل کردند.

چرا دانشمندان به جای نور مرئی از امواج رادیویی استفاده کردند؟

به این دلیل که دانشمندان با استفاده از امواج رادیویی می‌توانند به وضوح بهتری نسبت به نور قابل رویت دست پیدا کنند. امواج رادیویی در حال حاضر بیشترین وضوح فضایی (تفکیک‌پذیری زاویه‌ای یا قدرت متمایزسازی جزئیات یک شیء) را نسبت به تمامی دیگر روش‌ها ارائه می‌دهد.

در پروژه اخیر، هر تلسکوپ روزانه ۳۵۰ ترابایت داده جمع‌آوری می‌کرد. تیم پروژه تلسکوپ افق رویداد به جای ارسال دیجیتالی، این داده‌ها را در درایوهایی بارگذاری می‌کرد و هواپیمایی که درایوها را حمل می‌کردند را بر فراز مراکزی که ابرکامپیوترها در آن مستقر بودند به پرواز درمی‌آورد
در پروژه اخیر، هر تلسکوپ روزانه ۳۵۰ ترابایت داده جمع‌آوری می‌کرد. تیم پروژه تلسکوپ افق رویداد به جای ارسال دیجیتالی، این داده‌ها را در درایوهایی بارگذاری می‌کرد و هواپیمایی که درایوها را حمل می‌کردند را بر فراز مراکزی که ابرکامپیوترها در آن مستقر بودند به پرواز درمی‌آورد

آیا این تصویر واقعی است؟

خیر، حداقل به معنای متعارف آن. ایجاد یک تصویر با امواج رادیویی بسیار دشوار است. دانشمندان در پروژه سیاهچاله، امواج رادیویی منتشر شده از افق رویداد سیاهچاله را اندازه‌گیری کردند و سپس با پردازش این اطلاعات با استفاده یک ابرکامپیوتر، تصویر واحدی از سیاهچاله مورد نظر ساختند.

آیا این تصویر بار دیگر، درستی نظریه‌ی نسبیت انیشتین را به اثبات رساند؟

بله، نظریه نسبیت اینشتین پیش‌بینی کرده بود که سیاهچاله‌ها وجود دارند و افق رویداد دارند. همین‌طور معادلات اینشتین پیش‌بینی کردند که افق رویداد باید تا حدودی شکلی دایره‌ای داشته باشد و اندازه آن باید به رابطه‌ی مستقیمی با جرم سیاهچاله داشته باشد.

چرا دانشمندان به جای تصویربرداری از سیاهچاله کهکشان راه شیری، سیاهچاله‌ای دوردست را انتخاب کردند؟

شِپ دوئلمن، مدیر پروژه تلسکوپ افق رویداد در کنفرانس خبری اعلام کرد که سیاهچاله کهکشان مسیه ۸۷، نخستین سیاهچاله‌ای بود که دانشمندان اندازه‌گیری کرده بودند، از این جهت همین سیاهچاله را برای پروژه تصویربرداری خود نیز انتخاب کردند.

اخترشناسان در پروژه اخیر از داده‌های ۸ تلسکوپ بزرگ و قوی برای تصویربرداری از کهکشان مسیه ۸۷ بهره برد که همگی باهم آرایه‌ی تلسکوپی فوق‌العاده قدرتمندی را شکل داده‌اند
اخترشناسان در پروژه اخیر از داده‌های ۸ تلسکوپ بزرگ و قوی برای تصویربرداری از کهکشان مسیه ۸۷ بهره برد که همگی باهم آرایه‌ی تلسکوپی فوق‌العاده قدرتمندی را شکل داده‌اند

با این حال، وی اضافه کرد، اما تصویربرداری از این سیاهچاله در مقایسه با سیاهچاله کمان ای در مرکز کهکشان ما ساده‌تر نیز بود. در واقع، از آنجایی که این سیاهچاله از ما بسیار دور است، در طول شبی که اندازه‌گیری‌ها انجام می‌گیرند، حرکت زیادی نخواهد داشت. در مقابل، سیاهچاله کمان ای، خیلی به ما نزدیک‌تر است، بنابراین در آسمان ثابت نیست. با این حال، دوئلمن گفت:

از این بتوانیم روی سیاهچاله کمان ای کار کنیم، بسیار هیجان‌زده خواهیم شد. البته هنوز هیچ قولی نمی‌دهیم، اما امیدواریم که بتوانیم روزی به این مهم دست پیدا کنیم.

 

منبع: livescience

ارائه‌ از بخش خبری سایت سرگرمی

 

 

پیگیری سفارش
لیست مقایسه