ایران اکازیون: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 دایٔمی وا می‌دارد.
به 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 ۲۰۱۹ 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 ۲۰۱۷ 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.
به 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 ۲۰۱۷ به عنوان راهنما دوباره تفسیر کند. تلسکوپ افق رویداد از سال ۲۰۰۹ در حال رصد مسیه ۸۷ 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 ۲۰۱۷، 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 ۲۰۰۹، ۲۰۱۱، ۲۰۱۲ و ۲۰۱۳ جمع‌آوری شده و دو مورد از آنها منتشر نشده بودند. “ویلگوس” می‌گوید: «آنها تا حدی فراموش شدند، زیرا همه از داده‌های سال ۲۰۱۷ بسیار هیجان‌زده بودند» وی همراه با گروه دیگری از محققان داده‌ها را دوباره تجزیه و تحلیل کرد و دریافت که آنها با نتایج کمپین ۲۰۱۷ از جمله وجود یک دیسک تاریک و یک حلقه‌ی روشن مطابقت دارند. و اگرچه دسته‌های داده‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ 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 ۲۰۱۷ ساخته شده بود، توانست تصاویر مصنوعی برای هریک از سال‌ها بسازد.
نتایجِ بدست آمده حاوی اطلاعاتی بیش از حد انتظار “ویلگوس” بود. آنها مانند تصویر ۲۰۱۷ 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 ۸۷ 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 ۲۰۱۸، یک تیم جداگانه شواهدی از یک حباب گاز داغ را که در حدود ۱ ساعت در حال چرخش به دور کمان آ * (سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری) بود، گزارش داد. از آنجا که مسیه ۸۷ با جرم ۶.۵ میلیارد برابر جرم خورشید بیش از ۱۰۰۰ برابر اندازۀ سیاهچاله کمان آ * است، کشف چنین پویایی در اطراف سیاهچاله مسیه ۸۷ بیشتر طول می‌کشد.
محققان گروه تلسکوپ افق رویداد در تلاش است تا مسیه ۸۷ 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 ۲۰۲۰ باید به دلیل محدودیت‌های ناشی از بیماری همه‌گیر کووید-۱۹ کنار گذاشته شود، اما این تیم امیدوار است که در سال ۲۰۲۱ 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
