اولین نما از غول کهکشان ما

روزی که بالاخره اولین تصویر از سیاهچاله پر جرم مرکز کهکشان راه‎شیری یعنی همان کهکشانی که در آن زندگی می‎کنیم، رونمایی شد.

رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) همراه گروه تحقیقاتی افق رویداد، این خبر را خبری پیشگامانه در دنیای اخترشناسی توصیف کرد و آن را در قالب یک نشست‌خبری به صورت آنلاین با عموم مردم جهان به اشتراک گذاشت.

سه سال پیش دانشمندان موفق شدند از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M۸۷ عکس بگیرند. در آن روزها پر تکرارترین سوالی که از این گروه اخترشناس پرسیده می‎شد، این بود که چرا اولین عکس تهیه‌شده از سیاهچاله‎ها مربوط به سیاهچاله ‎ای خارج از کهکشان خودمان است؟ پاسخ آنها هم این بود که برای ثبت عکس از سیاهچاله‎ها شرایطی لازم است که فعلا برای سیاهچاله مرکزی راه‌شیری مهیا نبوده‌است؛ میزان فعالیت، قدرت گرانشی و تابش‎هایی که باید از آن منتشر شود در تهیه تصویر نقش دارد.

حالا پس از گذشت سه سال، همان گروه از اخترشناسان توانستند مرکز کهکشان راه‌شیری را مورد بررسی طولانی‌مدت قرار دهند و از سیاهچاله سنگین وزنی که در آنجا حضور دارد، عکس بگیرند.

کهکشان راه‌شیری، کهکشانی مارپیچی است که دست‏کم ۱۰۰ میلیارد ستاره دارد. این کهکشان، شبیه یک چرخ‌دنده چرخان به نظر می‌رسد که خورشید ما روی یکی از بازوهای مارپیچی‏اش قرار دارد و سیاهچاله «کمان ای» در مرکز آن قرار گرفته‌است.

اگر سیاهچاله تاریک است چطور می ‏بینیمش؟

تا پیش از انتشار اولین تصویر در سال ۱۳۹۹ از سیاهچاله مرکزی کهکشان M۸۷ ما هیچ‎وقت سیاهچاله‏ها را ندیده بودیم.

علتش این است که این اجرام هیچ نوری ندارند؛ اینها ستاره‎هایی هستند که به پایان زندگی خود رسیده و همه سوخت خود را که شامل هیدروژن، هلیوم و دیگر عناصر بوده، مصرف کرده و حالا سوختی ندارند که بسوزانند و به نور تبدیل کنند اما گرانش شدید سیاهچاله‎ها باعث می‎شود مواد مختلفی را که در نزدیکی‎شان قرار دارند، به سمت خود بکشند.

این مواد در حین نزدیک شدن به سیاهچاله، دچار حرکت چرخشی می‌شوند و زمانی که می‏خواهند به درون آن فرو بروند با سرعتی نزدیک به سرعت نور (۳۰۰هزار کیلومتر بر ثانیه) به دورش می‏چرخند و همین امر باعث می‎شود نور تولید کنند.

با رصد این پرتوهای نوری، ما می‎توانیم اطراف سیاهچاله را ببینیم. دوباره به عکس سیاهچاله نگاه کنید؛ بخش‏های زرد و نارنجی این عکس همان گازها و موادی هستند که از ستاره‏های اطراف سیاهچاله به درون آن کشیده شدند و در حال چرخش سریع به دورش هستند.

در واقع شما به سیاهچاله‏ای نگاه می‎کنید که در حال بلعیدن مواد ستاره‏های دیگر است و جالب‎تر این‎که شما خودش را نمی‏بینید؛ بلکه حرکت مواد چرخان در اطرافش را می‎بینید. حالا به مرکز این عکس دقت کنید به جایی که کاملا تاریک به نظر می‏رسد.

اینجا همان «افق رویداد» سیاهچاله است، جایی‎که از آنجا به بعد هنوز برای دانشمندان شناخته‌شده نیست. ذرات نور و هر ماده دیگر اگر از این مرز عبور کنند، به دلیل گرانش شدید سیاهچاله به داخل آن سقوط می‌کنند و هرگز نخواهند توانست از آن خارج شوند.

هنوز نمی‏دانیم درون آن سیاهی محض چه خبر است و چه بلایی بر سر موادی می‎آید که به آنجا می‎روند. نام شبکه «تلسکوپ‎های افق رویداد» هم از همین مرز ناشناخته تاریک گرفته شده‌است.

مهر تاییدی بر نظریه اینشتین

محققان قبلا ستاره‌هایی را شناسایی کرده بودند که به دور جسم نامرئی در مرکز کهکشان می‎چرخند و حدس می‎زدند احتمالا آنجا سیاهچاله‏ای فوق‎العاده سنگین و فشرده شده قرار داشته باشد. تصویر به دست آمده نشان می‎دهد، این حدس درست بوده و اطلاعاتی که از دل آن بیرون می‎آید، می‎تواند چراغ راه اخترشناسان در شناخت سیاهچاله‎های دیگر باشد.

آلبرت اینشتین در سال ۱۲۹۴ شمسی/ ۱۹۱۵میلادی بر اساس پاسخ‎هایی که از معادلات نظریه نسبیت عام به‌دست آورده بود، وجود سیاهچاله‌ها را در عالم پیش‌بینی کرد اما سال‎ها تصور دانشمندان بر این بود که چون هیچ نوری نمی‌تواند از سیاهچاله بیرون بیاید، ثبت تصویر آنها هم غیرممکن است تا این که بالاخره با تحقیقات بیشتر و توسعه ابزارهای رصدی، روش‎های جدیدی برای آشکارسازی این ستاره‏های تاریک پیدا شد.

جفری بوور، دانشمند پروژه افق رویداد، از مؤسسه اخترفیزیک آکادمی سینیکا در تایوان می‏گوید: «ما از این‌که اندازه حلقه اطراف سیاهچاله (همان بخش نارنجی) تا این حد با پیش‏بینی‎های نظریه نسبیت عام اینشتین مطابقت دارد، شگفت‎زده شدیم.»

تفاوت این تصویر با تصویر قبلی سیاهچاله

شاید با مقایسه تصویر ابرسیاهچاله مرکز راه‌شیری با عکس قبلی که از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M۸۷ به دست آمده بود، از خود بپرسید این دو عکس چه فرقی با هم دارند و چه اطلاعات تازه‏ای به دانشمندان می‏دهد؟ چی‎کوان جان، یکی از محققان همکار در این پروژه و عضو موسسه علوم داده‎های دانشگاه آریزونای آمریکا در این‏باره می‏گوید: «ما می‎دانستیم گازها و مواد در مجاورت سیاهچاله‎ ها با سرعت نور حرکت می‏کنند اما با بررسی داده‏های این دو سیاهچاله، فهمیدیم که روزها یا حتی هفته‏ها طول می‏کشد مواد و گازها به دور ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M۸۷ بچرخند و یک دور کامل بزنند اما گازهایی که اطراف ابرسیاهچاله مرکز راه‌شیری هستند، یک دور کامل را در عرض چند دقیقه طی می‏کنند. این یعنی الگوی چرخش گاز و میزان درخشندگی آن در اطراف ابرسیاهچاله راه‎شیری به سرعت در حال تغییر است.

این اطلاعات می‏تواند درباره شناخت تفاوت‎های سیاهچاله‌ها و رفتار مواد، زمانی که به آنها نزدیک می‎شوند بسیار مهم و کاربردی باشد. ابرسیاهچاله کهکشان M۸۷ از زمین ۵۵میلیون سال نوری فاصله دارد و جرمش حدود ۶.۵میلیارد برابر جرم خورشید است.

در حالی که ابرسیاهچاله مرکز کهکشان خودمان ۲۷هزار سال نوری از ما دور است و جرمش هم چهار میلیون برابر جرم خورشید است.

در واقع یعنی سیاهچاله مرکزی کهکشان M۸۷ تقریبا هزار برابر بزرگ‌تر از سیاهچاله مرکز کهکشان ماست. قطر سیاهچاله مرکزی راه‌شیری حدود ۲۳.۵میلیون کیلومتر است. این در مقایسه با خود راه‌شیری که ۱۰۰هزار سال نوری عرض و هزار سال نوری ضخامت دارد، بسیار کوچک است.

مطالعات بیشتر طی روزها و ماه‌های آتی روی این تصویر و دیگر اطلاعاتی دریافتی، یافته‌های جالب‌توجهی از دوردست‌های کهکشان ما و دیگر نقاط دوردست عالم را آشکار می‌کند.

تلسکوپی که این تصویر را گرفت

تهیه تصویر از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه‌ شیری، که ۲۷هزار سال نوری از زمین فاصله دارد، شبیه این است که از یک دونات در ماه عکس بگیرید.

کاری که در نگاه اول غیرممکن یا حتی جادویی به نظر می‏رسد اما احتمالا می‏پرسید چطور می‎شود از چنین فاصله‎ای عکس گرفت؟ واقعیت این است که در چنین موقعیتی یک تلسکوپ کفایت نمی‎کند و باید کل کره زمین را به تلسکوپی بزرگ تبدیل کرد اما چطور؟ برای این کار گروه تحقیقاتی افق رویداد، تلسکوپ‏های هشت رصدخانه رادیویی در سراسر کره زمین را به شبکه‎ای واحد تبدیل کرد تا بتوانند با قدرت بیشتری از این غول سنگین وزن مرکز کهکشان راه‌شیری عکاسی کنند.

این تلسکوپ‎ها، شب‌های متعدد و در ساعت‎های متوالی، هزاران تصویر از این سیاهچاله به دست آورده و بعد همه را با هم به اشتراک گذاشتند، سپس دانشمندان این اطلاعات را به نرم افزارهای تخصصی دادند و تصویر نهایی را به دست آوردند.

کاری که در مجموع پنج سال طول کشید و بیش از ۳۰۰ محقق از ۸۰ موسسه علمی در سراسر جهان در تهیه آن مشارکت داشتند. این کار شبیه وقتی است که می‏خواهید از سوژه‏ای در شب عکاسی کنید و زمان نوردهی را زیاد می‎کنید تا حسگرهای دوربین‎تان بتواند نور بیشتری را در زمانی طولانی‎تر دریافت کند و عکس واضح‌تری به شما بدهد.

با این تفاوت که در تلسکوپ‎های رادیویی، امواجی از سیاهچاله ثبت شدند که با چشم انسان قابل مشاهده نیستند. برای آشکارسازی این امواج، به تلسکوپ‎های رادیویی نیاز داریم که به شکل آنتن‎های بشقابی است.​​​​​​​

منابع: Event Horizon Telescopeو ESO

مریم ملی - گروه دانش روزنامه جام جم