نخستین تصویر حقیقی از افق رویداد یک سیاه چاله در راه است

MacTavish · 1/10/19

سال 2019 می‌تواند لحظه‌ باشکوهی را در تاریخ علم اخترشناسی رقم بزند. برای سال‌ها تلسکوپ Event Horizon در حال تلاش برای ثبت تصویری از افق رویداد یک سیاه چاله بوده و حالا این تلاش‌ها در آستانه به ثمر نشستن است.

با وجود شهرت سیاه چاله ها بین خاص و عام؛ اما به یک دلیل ساده هیچ‌کس تاکنون آن‌ها را ندیده است. سیاه چاله ها به معنای واقعی کلمه، نامرئی هستند و چنان نیروی گرانش قدرتمندی دارند که اجازه‌ی گریز به هیچ‌چیزی را نمی‌دهند. این شامل پرتوهای الکترومغناطیس از قبیل اشعه ایکس، مادون قرمز، نور مرئی و امواج رادیویی هم می‌شود؛ یعنی همان پرتوهایی که ما را قادر به شناسایی یا مشاهده‌ی اجسام می‌کنند. اما افق رویداد یک سیاه چاله چطور؟

نقطه‌ی غیر قابل بازگشت در نزدیکی سیاه چاله ها، افق رویداد نام دارد و با وجود ماهیت ترسناکش، کلید تصویرسازی از آن‌هاست. شاید ما قادر به مشاهده‌‌ی خود سیاه چاله ها نباشیم؛ اما امکان ثبت تصویر از افق رویداد یک سیاه چاله وجود دارد. در واقع تلسکوپ افق رویداد (EHT) این امکان را فراهم کرده است و علاقه‌مندان بی‌صبرانه، منتظر انتشار نتیجه‌ی کار آن هستند.

البته مدت‌ها پیش از EHT و در سال 1978، اخترفیزیکدانی به «ژان پیر لومینه» چهره‌ی احتمالی افق رویداد یک سیاه چاله را ترسیم کرد. او که پیش‌زمینه‌ای در علوم ریاضی هم داشت، دانش خود را به کار بست و با استفاده از کامپیوتر IBM 7040، نخستین تصویر شبیه‌سازی شده از یک سیاه چاله را خلق کرد. لومینه در مصاحبه‌ای گفته است:

در آن زمان اکثر اخترشناسان به وجود سایه چاله ها اعتقاد نداشتند. من می‌خواستم فیزیک عجیب این پدیده‌های کیهانی را بررسی کنم و مکانیسم مشخصی ارائه دهم که به طور غیر مستقیم، گواهی بر وجود آن‌ها باشد.

لومینه داده‌های استخراج شده از کامپیوتر را با استفاده از خودکار، جوهر چینی و کاغذ نگاتیو؛ به شکل دستی ترسیم و به نوعی، نقش یک چاپگر را ایفا کرد. نتیجه تلاش‌های او، تصویر زیر بود.

این عکس تیره و تار، دیسک مسطحی از مواد را نشان می‌دهد که در حال بلعیده شدن هستند. دلیل مسطح دیده نشدن دیسک، جاذبه شدید سیاه چاله است که باعث انحنای پرتوهای نور در نزدیکی خود می‌شود. آن‌طور که لومینه توضیح داده، همین انحنا باعث شده است که بتوانیم هم جلو و هم پشت دیسک را ببینیم. به عبارت دیگر این تصویر، سیاه چاله را از دو زاویه دید به نمایش می‌گذارد.

لومینه اولین نفر بود؛ اما تنها کسی نبود خود را درگیر رمزگشایی از معمای چهره‌ی سیاه چاله ها کرد. افراد دیگری نیز در راه تصویرسازی از این اجسام کیهانی قدم برداشتند و حتی آثار خود را روی پرده نقره‌ای به نمایش گذاشتند.

کریستوفر نولان با اکران فیلم میان ستاره‌ای (Interstellar) در سال 2014، به دلیل آنچه که نمایش تصویری دقیق از یک سیاه چاله عنوان شده است؛ مورد تحسین قرار گرفت. او برای این کار، تا حد زیادی یافته‌های لومینه را مورد استناد قرار داد و از مشورت‌های یک فیزیکدان نظری به نام «کیپ تورن» هم استفاده کرد. در نهایت برای اینکه تصویر نهایی، کمتر گیج‌کننده به نظر برسد و در فیلم زیباتر جلوه کند، تا حدی ساده‌سازی شد.

سیاه چاله Gargantua در فیلم میان ستاره‌ای

اما لومینه و ترون هر دو معتقدند که یک سیاه چاله واقعی، مشابه آنچه که در فیلم نولان دیدیم نخواهد بود. زیرا با وجود اینکه میدان گرانشی سیاهچاله درست به نمایش درآمد؛ اما روشنایی دیسک آن کاملا یکنواخت بود. این در حالی است که لومینه، عدم تقارن نور در اطراف یک سیاه چاله را مشخصه‌ بارز آن می‌داند؛ به این دلیل که سیاه چاله ها بخش‌های داخلی دیسک را با سرعتی در حد سرعت نور به چرخش درمی‌آورند و باعث ایجاد یک اثر دوپلر قدرتمند می‌شوند.

او در یک یادداشت 15 صفحه‌ای، به نقد علمی فیلم Interstellar پرداخت و ترون نیز یک کتاب را درباره این موضوع به چاپ رساند.

تصویر اصلاح شده‌ای از سیاه چاله Gargantua توسط ترون و همکارانش

به هر حال تاکنون، چهره‌های متفاوتی را از سیاه چاله ها در تصاویر خلق شده توسط افراد مختلف دیده‌ایم؛ علت این تفاوت‌ها آن است که در برخی تصاویر، یک سیاه چاله خفته به نمایش درمی‌آید و برخی دیگر، بدون دیسک گردان یا قرص برافزایشی نمایش داده می‌شوند. در پایین نیز می‌توانید ویدیویی از چگونگی ادغام دو سیاه چاله را تماشا کنید.

اما به تلسکوپ افق رویداد بازگردیم که روی یک سیاه چاله کلان جرم در مرکز کهکشان راه شیری موسوم به کمان ای* (*Sagittarius A) متمرکز شده است. هنوز نمی‌دانیم قرار است چه چیزی را به ما نشان دهد؛ حتی این احتمال وجود دارد که داده‌های این تلسکوپ، در قالب تعدادی پیکسل تار به ما برسند. در این صورت، دانشمندان باید تلسکوپ‌های دیگری را هم به کمک آن بفرستند و دوباره تلاش کنند.

امید می‌رود موفقیت چنین پروژه‌ای، درک بهتری از پلاریزاسیون انرژی تابشی، ساختار میدان گرانشی و فواره‌های نسبیتی سیاه‌چاله‌ها به ما بدهد. البته همان‌طور که لومینه هم می‌گوید، هیجان‌انگیزترین چیز درباره ماموریت EHT: امکان ثبت تصویری از دیسک گردان و افق رویداد یک سیاه چاله است.

دانلود ویدیو