نخستین تصویر واقعی از سیاهچاله به‌زودی رونمایی خواهد شد

نخستین تصویر واقعی از سیاهچاله به‌زودی رونمایی خواهد شد

 

به‌زودی، اخترشناسان نخستین تصویر تلسکوپی ثبت‌شده از سیاه‌چاله را به‌کمک آرایه‌ی تلسکوپی ایونت هورایزن تلسکوپ رونمایی (EHT) خواهند کرد.

با وجود محبوبیت سیاه‌چاله‌ها در ذهن عموم مردم، دانشمندان هرگز موفق نشدند از آن عکس‌برداری کنند. دلیل این مسئله هم ساده است: سیاه‌چاله‌ها اجرامی نامرئی هستند؛ اما قدرت جاذبه‌ی آن‌ها به‌قدری زیاد است که هیچ‌چیز نمی‌تواند از آن فرار کند. تشعشعات الکترومغناطیسی ازجمله اشعه‌ی ایکس، مادون‌قرمز، نور و امواج رادیویی امکان کشف این اجرام را به‌صورت مستقیم فراهم می‌کنند.

نقطه‌ی بی‌بازگشت سیاه‌چاله که «افق رویداد» هم نامیده می‌شود، رمز مهم رصد سیاه‌چاله‌ها است. با اینکه امکان رصد مستقیم سیاه‌چاله وجود دارد، می‌توان از افق رویداد آن عکس‌برداری کرد. در اوایل سال، دانشمندان به‌لطف پروژه‌ی ایونت هورایزن تلسکوپ (EHT) به این هدف نزدیک شدند و حالا آن روز فرارسیده است. در ۱۰آوریل‌۲۰۱۹ (برابر با ۲۱فروردین۱۳۹۸) تیم پروژه‌ی EHT و سازمان‌های مرتبط با آن این نتایج را رونمایی خواهند کرد.

گفتنی است خیلی قبل‌تر از EHT، اخترفیزیک‌دانی به‌نام ژان پیر لومینت در سال ۱۹۷۸، اولین تصور خود از افق رویداد سیاه‌چاله را ترسیم کرد. البته تصویر او، تصویری واقعی نبود. لومینت با استفاده از سوابق ریاضی و مهارت‌هایش و با کامپیوتر پانچ‌کارت IBM 7040 دهه‌ی ۱۹۶۰ از دیدگاه ناظر سیاه‌چاله را شبیه‌سازی کرد. لومینت می‌گوید:

در آن زمان، سیاه‌چاله‌ موضوع غریبی بود و اغلب ستاره‌شناسان به وجود آن‌ها باور نداشتند. هدف من بررسی ماهیت فیزیکی عجیب سیاه‌چاله‌ها و استفاده از سازوکارهایی برای پی‌بردن به آثار وجود آن‌ها بود. برایم عجیب بود که چگونه ستاره‌ای بدون درخشش می‌تواند اثری مرئی از خود به‌جای بگذارد.

 

گارگانچوا

سیاه‌چاله‌ی گارگانچوآ در فیلم میان‌ستاره‌ای محصول ۲۰۱۴

لومینت در مرحله‌ی بعد، داده‌های خروجی کامپیوتر را به‌صورت دستی با خودکار و جوهر روی کاغذ نگاتیو ترسیم کرد. تصویر به‌دست‌آمده دیسک مسطحی از مواد را نشان می‌دهد که به دام سیاه‌چاله افتاده است. البته، سیاه‌چاله مسطح به‌نظر نمی‌رسد؛ زیرا جاذبه‌ی شدید آن، نور را هم خم می‌کند. لومینت در مقاله‌ی سال‌گذشته‌‌اش می‌گوید:

میدان گرانشی به خمیدگی پرتوهای نور نزدیک به سیاه‌چاله منجر می‌شوند؛ بنابراین بخش دنباله‌ی دیسک آشکار می‌شود. خمیدگی پرتوهای نور تولید تصویر ثانویه‌ای را باعث می‌شود که امکان مشاهده‌ی آن‌سوی قرص برافزایشی را فراهم می‌کند.

قرص برافزایشی ساختاری دیسک‌مانند از مواد است که حول جرم مرکزی سنگینی می‌چرخد. لومینت اولین شخصی بود که به نمایش سیاه‌چاله‌ها علاقه‌مند شد؛ البته تنها شخص نبود. از آن زمان، افراد بسیاری برای شبیه‌سازی این اجرام تلاش کردند و حتی نتیجه‌ی تلاش‌های خود را روی صفحه‌ی نقره‌ای سینما نمایش دادند.

فیلم میان‌ستاره‌ای ساخته‌ی کریستوفر نولان (۲۰۱۴) به‌دلیل نمایش تصویری دقیق و علمی از سیاه‌چاله ستایش شده است. بخش زیادی از این تصویر حاصل تلاش‌ها و همکاری لومینت و کیپ تورن، فیزیک‌دان نظری است.

درنهایت، فیلم به‌دنبال نسخه‌ی ساده‌‌شده از سیاه‌چاله بود که روی صفحه‌‌نمایش زیبا به‌نظر برسد. این تصویر بسیار لذت‌بخش بود؛ اما به‌عقیده‌ی لومینت و تورن، سیاه‌چاله در واقعیت این‌گونه نیست. تصاویر اولیه و ثانویه‌ی میدان گرانشی صحیح هستند؛ اما برخلاف تصویر لومینت، درخشش دیسک یکپارچه است.

شبیه سازی سیاهچاله تورن

شبیه‌سازی سیاه‌چاله براساس مقاله‌ی تورن و همکاران. در این شبیه‌سازی از تکنیک CG برای توسعه‌ی گارگانچوآ استفاده شده است.

لومینت می‌نویسد:

از ویژگی‌های سیاه‌چاله می‌توان به نبود تقارن و درخشش بالا اشاره کرد. این، شکل اصلی سیاه‌چاله است. تنها جرم نجومی که می‌تواند سرعت چرخش قرص برافزایشی اطراف خود را به سرعت نور نزدیک کند و بدین‌ترتیب اثر شدید داپلر را القا کند. اثر شدید داپلر به تغییر فرکانس یا طول موج وابسته به دید ناظر نسبت به موج مبدأ گفته می‌شود.

مقاله‌ای ۱۵ صفحه‌ای درزمینه‌ی علم فیلم از لومینت منتشر شده و تورن هم کتابی با این مضمون نوشته است. حتما تاکنون متوجه شده‌اید، شبیه‌سازی‌های مختلف از سیاه‌چاله‌ها با یکدیگر متفاوت هستند. یکی از شبیه‌سازی‌های مشهور «کشف LIGO» در سال ۲۰۱۶ است.

آلان ریازوئلو، اخترفیزیک‌دان مرکز علمی پژوهشی فرانسه و اتحادیه‌ی بین‌المللی نجوم، براساس این نتایج، سیاه‌چاله را در سال ۲۰۱۶ شبیه‌سازی کرد. افزون‌براین، معمولا آثار هنری سیاه‌چاله‌ای آرام و فاقد قرص برافزایش را نشان می‌دهند؛ درحالی‌که آثار شبیه‌سازی‌شده متفاوت هستند.

جاذبه‌ی سیاه‌چاله بدون پوشش گاز و غبار، فضای پشت خود را خم می‌کند؛ به‌طوری‌که اگر به‌اندازه‌ی کافی به چنین سیاه‌چاله‌ای نزدیک شوید، گرفتار دام جاذبه‌ی آن خواهید شد. به‌همین‌دلیل، به‌نظر می‌رسد سیاه‌چاله در میان ستاره‌ها حرکت می‌کند.

مطابق ویدئو LIGO در نمونه‌ی دو سیاه‌چاله، هر سیاه‌چاله تصویر ثانویه‌ی موزی‌شکل و کوچکی از چاله‌ی دیگری دارد که پشت آن قرار گرفته است.

در حال حاضر،EHT متمرکز بر ساگیتاریوس A* سیاه‌چاله‌ی عظیم مرکز کهکشان راه شیری است. نمی‌توان به‌صورت دقیق تصویر دریافتی را توصیف کرد. این تصویر می‌تواند صرفا درحد تصویری با چند پیکسل ناواضح باشد. در‌این‌صورت، تلسکوپ‌های بیشتری در‌این‌زمینه همکاری خواهند کرد.

ازآنجاکه سیاه‌چاله قرص برافزایشی دارد، می‌توان پیش‌بینی کرد نتیجه‌ی به‌دست‌آمده مشابه اثر لومینت باشد. علاوه‌براین، این پژوهش به درک قطبی‌شدن تشعشعات و ساختار میدان مغناطیسی و جت‌های نسبیتی سیاه‌چاله کمک خواهد کرد. همچنین، سرنخ‌هایی درباره‌ی ساختار فضای اطراف سیاه‌چاله ارائه خواهد داد؛ اما به‌گفته‌ی لومینت، هیجان‌انگیز‌ترین بخش کار EHT تصویر قرص برافزایشی است.

 

منبع : زومیت