شبکه جهانی دریافت کننده های (دیش‌های) رادیوییِ تلسکوپ افق رویداد، اولین تصویر مستقیم از یک سیاه‌چاله و افق رویداد آن را تهیه کرده است.

شبکه تلسکوپی افق رویداد، اولین تصویر را از سیاه‌چاله‌ای در مرکز کهکشان M87 تهیه کرده است.

بالاخره ستاره‌شناسان تاریکیِ یک سیاه‌چاله را دیدند. آنها با به‌هم پیوستن یک شبکه جهانی از رادیوتلسکوپ‌ها تصویری از افق رویداد –لبه‌ خطرناک سیاه‌چاله- درمقابل پرده‌ای از نور چرخان ایجاد کردند.

هیو فالک، اخترفیزیکدان از دانشگاه رادبود در نَیمِیخِنِ هلند، در کنفرانس خبری در بروکسل گفت: ما دروازه‌های جهنم در پایان فضا و زمان را دیدیم. چیزی که شما می‌بینید حلقه‌ای از آتش است که با تغییر شکل فضا-زمان خلق شده است. نور دور آن می‌چرخد و شبیه دایره دیده می‌شود.

تصویر –ساختار درخشان و حلقه‌مانند- ابرسیاه‌چاله‌ای در مرکز کهکشان M87 را نشان می‌دهد که حدود ۱۶ مگاپارسک (۵۵ میلیون سال نوری) دور از ما است و ۶.۵ میلیارد برابر خورشید جرم دارد. آنها با جزئیاتی بیش از هر زمان دیگر افق سیاه‌چاله را نشان دادند –سطحی که گرانش آن چنان قوی است که هیچ‌چیز، حتی نور، نمی‌تواند از آن رد شود (بگذرد) و هرگز نمی‌تواند از آن بیرون بیاید.

امروز گروه تلسکوپ افق رویداد (EHT) نتایج پیش‌بینی‌شده، که با تشخیص یک دونات روی سطح ماه قابل مقایسه است، را طی هفت کنفرانس خبری در چهار قاره، منتشر کردند. همچنین یافته‌ها در سلسله‌مقالاتی ^{۱، ۲، ۳، ۴ و ۵} در Astrophysical Journal Letters در تاریخ ۱۰ آوریل (۲۰۱۹) منتشر شد.

راجر بلندفورد، اخترفیزیکدانی از دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا که با این پروژه همکاری نمی‌کرد، می‌گوید: این تصویر یک دستاورد عظیم است. وقتی دانشجو بودم، حتی رویای چنین چیزی هم غیرممکن بود. این یک تائیدی دیگر برای نسبیت عام به‌عنوان یک نظریه درست از گرانش قوی است.

آندرآ گز، اخترفیزیکدانی از دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس، می‌گوید: من خیلی خوشحال شدم. این تصویر «شاهد روشنی» از «حلقه فوتون» اطراف سیاه‌چاله است.

شش کنفرانس خبری (هم‌زمان) در سراسر جهان،‌تصاویر سیاه‌چاله را نشان دادند.

پیش‌بینی‌های سیاه‌چاله

نزدیک به یک قرن پیش، فیزیکدانان از نظریه نسبیت عام اینشتین دریافتند که سیاه‌چاله باید وجود داشته باشد، اما تاکنون بیشتر شواهد غیرمستقیم بودند. اکنون EHT تائیدی جدید و تماشایی از پیش‌بینی‌ها انجام داده است.

گروه،‌ دو ابرسیاه‌چاله -M87 و Sagittarius A* فضای خالی در مرکز راه شیری- را بیش از ۵ شب در آوریل ۲۰۱۷ رصد کردند. آنها برای گرفتن (تصویر) اجرام دوردست با تفکیک‌پذیری کافی، هشت رصدخانه رادیویی در سراسر جهان را به هم متصل کردند –از رصدخانه هاوایی تا رصدخانه قطب جنوب- و داده‌های جمع‌آوری‌شده هر کدام بیش از داده‌های جمع‌شده توسط برخورددهنده هادرونی بزرگ طی یک سال بود (Global effort را ببینید). احتمالا مجموعه داده‌های جمع‌آوری‌شده بیش از همه اطلاعاتِ علمی آزمایش‌ها تاکنون است و دو سال طول کشید تا روی آنها (داده‌ها) کارکنند و تصویر تولید شود.

گروه در اواسط سال ۲۰۱۸، پس از ترکیب داده‌های رصدخانه‌ها،‌ شروع به تحلیل اطلاعات کرد. آنها خیلی سریع دریافتند که می‌توانند اولین تصویر واضح از M87 را داشته باشند. فالک می‌گوید: وقتی نتایج اولیه‌مان را دیدیم، همه تمرکز خود را بر M87 گذاشتیم، زیرا متوجه شدیم که بسیار جذاب (پرهیبت) است.

مونیکا موسیبرودزکار، اخترفیزیک‌دان از دانشگاه رادبود و از اعضاء پروژه در کنفرانس خبری بروکسل، گفت که اندازه‌گیری‌هایی که تاکنون انجام شده آن‌قدر دقیق نیست که سرعت چرخش سیاه‌چاله به‌دور خود -یک ویژگی مهمِ سیاه‌چاله- را تعیین کنیم. اما جهت چرخش آن را نشان می‌دهد،‌ که ساعت‌گرد است. پژوهش‌های بیشتر در درک تولید جت‌های غول‌پیکر سیاه‌چاله به محققان کمک خواهد کرد.

اکنون گروه تلاش خود را به سمت داده‌های Sagittarius A* معطوف خواهد کرد. لوئیزیانو رزولا، اخترفیزیک‌دان نظری از دانشگاه گوته فرانکفورت در آلمان و عضو گروه EHT، می‌گوید: از آنجا که Sagittarius A* تقریبا ۱۰۰۰برابر کوچک‌تر از سیاه‌چاله M87 است، در طی هر فصل رصدی مواد چندین بار به‌دور آن می‌چرخند و سیگنال‌های سریع‌تغییری نسبت به حالت پایدار اولیه تولید می‌شود، که باعث می‌شود تفسیر داده‌ها پیچیده‌تر شود، هرچند باعث غنی‌ترشدن بالقوه اطلاعات هم می‌شود.

NIK SPENCER/Nature; Avery Broderick/University of Waterloo (IMAGES bottom)

افق رویداد یک ویژگی تعریف‌شده‌ی سیاه‌چاله‌ است. افق رویداد برای ناظر نزدیک باید به‌صورت یک سطح کروی پدیدار شود که داخل سیاه‌چاله را می‌پوشاند. ازآنجاکه نور فقط در یک جهت می‌تواند از سطح عبور کند، به‌طرف داخل، کل سیاه‌چاله تاریک دیده می‌شود (Power of the dark را ببینید).

افق رویداد سیاه‌چاله پنج برابر بزرگ‌تر از چیزی که هست دیده می‌شود، زیرا چاله فضای اطراف را تاب می‌دهد (می‌پیچاند) و مسیر نورها را خم می‌کند. این اثر را که جیمز باردن فیزیک‌دانی از دانشگاه سیاتل در سال ۱۹۷۳ کشف کرد، شبیه آن است که به قاشقی که در یک لیوان آب غوطه‌ور است نگاه کنیم (قاشق در لیوان آب بزرگ‌تر دیده می‌شود). علاوه براین باردن نشان داد که سیاه‌چاله می‌تواند یک سایه حتی بزرگ‌تر هم ایجاد کند. این به این دلیل است که در فاصله خاصی از افق رویداد بیشتر پرتوهای نور چنان زیاد خم می‌شوند که به‌طور موثری دور سیاه‌چاله می‌چرخند.

تلسکوپی به‌اندازه زمین

اخترفیزیک‌دانان رادیویی برای حل واقعی جزئیات در مقیاس افق رویداد، محاسبه کردند که به تلسکوپی به‌اندازه زمین نیاز دارند (توان تفکیک تلسکوپ نیز باید با اندازه آن متناسب باشد). خوشبختانه تکنیکی به نام تداخل‌سنجی می‌تواند کمک‌کننده باشد. تداخل‌سنجی شامل چندین تلسکوپ است که بسیار دور از یکدیگر قرار دارند و هم‌زمان روی یک نقطه مشترک تمرکز می‌کنند. درعمل،‌ تلسکوپ‌ها مانند یک دریافت کننده (دیش) بزرگ کار می‌کنند.

گروه‌های مختلف در سراسر جهان تکنیک‌های خود را تصحیح کردند و برخی رصدخانه‌های مهم خود را به‌روزآوری کردند تا بتوانند به شبکه افزوده شوند. بخصوص، گروهی به‌رهبری شپ دوئلمن، اکنون در دانشگاه هاروارد در کمبریج، ماساچوست، تلسکوپ ۱۰ متری قطب جنوب و آرایه ۱.۴ میلیون دلاری آرایه بزرگ میلی‌متری/زیرمیلی‌متری آتاکاما (ALMA) در شیلی را برای این کار با هم تطبیق داده است.

در سال ۲۰۱۴، فالک، دوئلمن و گروه‌هایی از سراسر جهان به‌هم پیوستند و پروژه همکاری EHT را تشکیل دادند. آنها اولین سلسله‌رصد گسترده زمینی خود را در سال ۲۰۱۷ انجام دادند. آنها طی دو هفته در ماه آوریل، زمانی که موقعیت رصدخانه‌ها طوری است که بیشترین احتمال دریافت هم‌زمان را دارند، Sagittarius A* و M87 را رصد کردند. داده‌های خام،‌ که از مرتبه پتابایت (از مرتبه ۱۰ به ‌توان ۱۵ بایت) است، روی هارددیسک ذخیره شد و به‌صورت هوایی و زمینی و دریایی به موسسه نجوم رادیویی مکس پلانک، ‌در بُن آلمان،‌ و رصدخانه هیستاکِ موسسه فناوری ماساچوست در وستفورد ازسال شد تا یک‌جا جمع‌ شوند.

سال گذشته، درحالی‌که داده‌ها همچنان درحال پردازش بودند، فالک به نیچر گفت که او انتظار دارد که این آزمایشی برای جمع‌آوری اطلاعات زیاد درباره ساختار سیاه‌چاله‌ها باشد، نه یک تصویر زیبا. در بهترین حالت، شبیه یک بادام‌زمینی زشت است. یا شاید اولین تصویر فقط چند لکه باشد. حتی ممکن است یک بادام‌زمینی هم نباشد.

EHT در سال ۲۰۱۸ یک کمپین رصدی دیگر به‌راه انداخت که تحلیل داده‌های آن هنوز ادامه دارد- اما امسال کمپین رصدی برنامه‌ریزی‌شده را به‌خاطر مشکلات امنیتی درنزدیکی یکی از مهم‌ترین مکان‌ها، تلسکوپ میلی‌متری بزرگ (LMT) در پوئبلا در مکزیک، لغو کرد. آنها قصد دارند یک‌بار دیگر در سال ۲۰۲۰ رصدهای خود را ادامه دهند.

اکنون این پروژه به‌دنبال تامین بودجه برای ایجاد پایگاهی در آفریقا است، که شکاف بزرگی را در این شبکه پر خواهد کرد. برنامه شامل جابه‌جا کردن یک بشقاب (دیش) ۱۵ متری –یک تلسکوپ سوئدی کنارگذاشته‌شده- از شیلی به Gamsberg Table Mountain در گامسبرگ، نامیبیا است. اکنون دو بخش دیگر به شبکه افزوده شده است: یک بشقاب (دیش) در گرینلند و یک آرایه در آلپ در فرانسه.

دیوید سانچز آرگوئلز،‌فیزیک‌دانی در LMT، می‌گوید: شبکه گسترده EHT می‌تواند جزئیاتی درباره آنچه در داخل حفره‌ی سیاه‌چاله رخ می‌دهد،‌ فراهم کند –جهانِ داخل سیاه‌چاله چه رفتاری دارد و آیا مطابق انتظار ما هست یا نه.

دوئلمن از نتایج کار می‌گوید: دیدن آن حس فوق‌العاده آسودگی داشت و نیز شگفت‌انگیز بود. آیا می‌دانید واقعا انتظار دیدن چه چیزی داشتم؟ یک لکه. احتمالا بهترین نتیجه‌ای که می‌توانستیم بگیریم،‌ دیدن این حلقه بود.

نویسنده: Davide Castelvecchi

مراجع:.

The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L1 (2019).

Article Google Scholar

۲.

The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L2 (2019).

Article Google Scholar

۳.

The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L3 (2019).

Article Google Scholar

۴.

The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L4 (2019).

Article Google Scholar

۵.

The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L5 (2019).

Article Google Scholar