اولین تصویر سیاهچاله به فیلم تبدیل شد

1
1262

بیگ بنگ: اولین عکس تاریخی از سیاهچاله که سال گذشته رونمایی شد اکنون به یک فیلم تبدیل شده است. توالی کوتاه فریم‌ها نشان می‌دهد که چگونه فضای اطراف سیاهچاله با گذشت سال‌ها تغییر می‌کند. در واقع گرانش سیاهچاله، مواد اطرافش را به چرخشی دائمی وا می‌دارد.

dبه گزارش بیگ بنگ، این تصاویر یک لکه‌ی کج از نور را نشان می‌دهند که در اطراف سیاهچاله بزرگ در مرکز کهکشان M87 می‌چرخد. برای تهیه‌ی این تصاویر، گروه تلسکوپ افق رویداد(EHT) – که شبکه‌ای از رصدخانه‌ها در کل سیاره است – داده‌های قدیمی سیاهچاله را نبش قبر کرد و آنها را با یک مدل ریاضیاتی بر اساس تصویر منتشر شده در آوریل 2019 ترکیب کرد تا نشان دهد که چگونه محیط پیرامون آن طی هشت سال در جنب و جوش بوده است. اگرچه نتیجه تا حدودی به حدس و گمان متکی است، اما بینش غنی در مورد رفتار سیاهچاله‌ها به منجمان اعطا می‌کند، سیاهچاله‌هایی که گرانش شدید آنها ماده و نور اطرافشان را می‌مکد.

نویسنده اصلی، “ماسیک ویلگوس”، منجم رادیویی دانشگاه هاروارد در کمبریج ماساچوست گفت: «از آنجاییکه جریان مواد اطراف ِ سیاهچاله متلاطم است، بنابراین مشاهده می‌کنیم که حلقه با گذشت زمان به لرزش در می‌آید و در عرض چند سال، واقعا می‌تواند مانند یک فیلم به نظر برسد.»

حلقه‌ی لرزان

سیاهچاله مرکزی کهکشان مسیه ۸۷ که نخستین‌بار عکسی از آن ثبت شد، در فاصله ۵۵ میلیون سال نوری از کره زمین قرار دارد. قطر این سیاهچاله‌ ۴۰ میلیارد کیلومتر است و دانشمندان آن را یک “غول” توصیف کرده‌اند. محققان این تصویر را با ترکیب سیگنال‌های فرکانس رادیویی که از رصدخانه‌های سراسر زمین طی دو شب در آوریل 2017 جمع‌آوری و ثبت کردند.

اگرچه این تصویر تار است، اما با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در مورد شرایط همسایگی در مجاورت سیاهچاله مطابقت دارد. این تصویر اولین شاهد مستقیم از سایه‌ی یک افق رویداد (سطح بدون بازگشتی که یک سیاهچاله را از اطراف جدا می‌کند) را به محققان ارائه داد. این دیسک‌ تاریک‌تر در مقابل حلقه‌ی نوری که از ماده‌ی بیش از حد گرم خارج از افق رویداد ساطع می‌شود قرار گرفت.

dبه طرز حیرت‌آوری یک طرف حلقه روشن‌تر به نظر می‌رسد. به دلیل ترکیبی از اثرات در دینامیک پیچیدۀ اطراف یک سیاهچاله، این انتظار می‌رفت. به ویژه، ماده‌ای که در فضای خالی سقوط می‌کند باید با سرعت بالایی در خارج از استوا سیاهچاله بصورت مارپیچی حرکت کند و آنچه را که فیزیکدانان قرص برافزایشی می‌نامند تشکیل می‌دهد. ظاهر کج آن تا حدی مربوط به اثر داپلر است: در کنار قرص که به سمت ناظر می‌چرخد​، حرکت ماده باعث تشعشع می‌شود و در نتیجه روشن‌تر به نظر می‌رسد. برعکسِ این اتفاق در سمت پشتی افتاده است.

بازبینی داده‌ها

بر اساس این نتایج، ویلگوس می‌خواست به عقب برگردد و به داده‌های قدیمی را نگاه کند تا ببیند آیا می‌تواند آنها را با استفاده از تصویر سال 2017 به عنوان راهنما دوباره تفسیر کند. تلسکوپ افق رویداد از سال 2009 در حال رصد مسیه 87 بوده است و در ابتدا فقط در سه مکان از تلسکوپ‌ها استفاده می‌کرد. همانطور که تیم مشاهدات بیشتری را به شبکه‌ی تلسکوپ افق رویداد اضافه می‌کرد، کیفیت مشاهدات بهبود یافت. در سال 2017، این گروه شامل همکاری هشت رصدخانه بود که کره زمین را از هاوایی و شیلی به اروپا گسترش دادند و برای اولین‌بار به سطحی رسیدند که تلسکوپ افق رویداد توانست یک تصویر واقعی تهیه کند.

داده‌های قدیمی‌تر شامل چهار دسته بودند که در سال‌های 2009، 2011، 2012 و 2013 جمع‌آوری شده و دو مورد از آنها منتشر نشده بودند. “ویلگوس” می‌گوید: «آنها تا حدی فراموش شدند، زیرا همه از داده‌های سال 2017 بسیار هیجان‌زده بودند» وی همراه با گروه دیگری از محققان داده‌ها را دوباره تجزیه و تحلیل کرد و دریافت که آنها با نتایج کمپین 2017 از جمله وجود یک دیسک تاریک و یک حلقه‌ی روشن مطابقت دارند. و اگرچه دسته‌های داده‌های 2009 تا 2013 فاقد وضوح کافی برای تولید تصاویر بودند، اما این تیم با ترکیب داده‌های محدود موجود با یک مدل ریاضیاتی از سیاهچاله که از داده‌های سال 2017 ساخته شده بود، توانست تصاویر مصنوعی برای هریک از سال‌ها بسازد.

image e Mنتایجِ بدست آمده حاوی اطلاعاتی بیش از حد انتظار “ویلگوس” بود. آنها مانند تصویر 2017 نشان دادند که یک طرف حلقه از طرف دیگر روشن‌تر است – اما نقطه‌ی روشن به اطراف حرکت کرد. این می‌تواند به این دلیل باشد که مناطق مختلف دیسک پیوسته روشن‌تر یا کم‌نورتر می‌شوند که این کار می‌تواند روشنایی داپلر را افزایش یا حتی گاهی اوقات خاموش کند.

دیسک پویا

نویسندگان بیان می‌کنند که این مسئله غیرمنتظره نبوده است: اگرچه سیاهچاله مسیه 87 به خودی خود سال به سال تغییر نمی‌کند، اما محیط پیرامون آن دستخوش تغییر می‌شود. در یک مقیاس چند هفته‌ای، میدان‌های مغناطیسی قوی باید قرص برافزایشی را به هم بزنند و نقاط گرم‌تری تولید کنند که سپس به دور سیاهچاله می‌چرخند. در سال 2018، یک تیم جداگانه شواهدی از یک حباب گاز داغ را که در حدود 1 ساعت در حال چرخش به دور کمان آ * (سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری) بود، گزارش داد. از آنجا که مسیه 87 با جرم 6.5 میلیارد برابر جرم خورشید بیش از 1000 برابر اندازۀ سیاهچاله کمان آ * است، کشف چنین پویایی در اطراف سیاهچاله مسیه 87 بیشتر طول می‌کشد.

محققان گروه تلسکوپ افق رویداد در تلاش است تا مسیه 87 و کمان آ*  را هر سال در اواخر ماه مارس یا اوایل آوریل رصد کند. این زمانی است که شرایط آب و هوایی به احتمال زیاد در بسیاری از مکان‌ها در شبکه‌ی آن به طور همزمان خوب می‌باشد. کمپین سال 2020 باید به دلیل محدودیت‌های ناشی از بیماری همه‌گیر کووید-19 کنار گذاشته شود، اما این تیم امیدوار است که در سال 2021 شانس دیگری داشته باشد.

همچنین این تیم امیدوار است که کمپین سال آینده شامل اولین مشاهدات جهانی خود با استفاده از تابش طول موج کوتاه‌تر باشد. اگرچه رصد از طریق جو زمین چالش برانگیزتر است، اما این می‌تواند وضوح تصاویر “تلسکوپ افق رویداد” را بهبود بخشد. “سارا ایسائون”، عضو تلسکوپ افق رویداد و منجم رادیویی در دانشگاه رادبود در نایمگن هلند می‌گوید: «ما حتی به آن سایۀ سیاهچاله نزدیک می‌شویم و تصاویر واضح‌تری بدست می‌آوریم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در Astrophysical Journal منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: nature.com



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

یک دیدگاه