به گزارش ایسنا، در اواخر هفته گذشته و در ۲۱ فروردین ماه، رویدادی بی‌نظیر در نجوم به وقوع پیوست و دانشمندان که سالیان متمادی برای ثبت یک تصویر از سیاهچاله تلاش می‌کردند، بالاخره موفق شدند. اختر شناسان برای نخستین بار در تاریخ، تصویری از یک سیاهچاله را که اکنون نام آن را "Pōwehi" نامیده‌اند با دوربین تلسکوپ "افق رویداد" شکار کنند. نام این سیاهچاله در زبان هاوایی به معنای "منبع تاریکی زینت داده خلقت بی پایان" (embellished dark source of unending creation) است.
سیاه چاله Pōwehi چهل میلیارد کیلومتر قطر داشته و در یک کهکشان دور قرار دارد. اکنون بشر به لطف تلسکوپ "افق رویداد" قادر به دیدن نخستین تصویر از افقِ رویدادِ یک سیاه چاله که در ۵۰۰ میلیون تریلیون کیلومتری کره‌زمین قرار دارد است.
بدون شک سیاه‌چاله‌ها یکی از پدیده‌های بسیار جذاب و هیجان‌انگیز و در عین حال اسرارآمیز جهان هستند. این پدیده همچنین برای اخترشناسان و اختر فیزیکدانان نیز بسیار اسرارآمیز است و به همین دلیل است که آنها حدود نیم قرن است که در حال مطالعه درباره آنها هستند.
دکتر حبیب خسروشاهی یکی از اختر فیزیکدانان ایرانی و مجری طرح رصدخانه ملی ایران در گفت‌وگو با ایسنا با بیان اینکه سیاهچاله یک جسم فشرده‌ی پُرجرم است در این رابطه گفت: به بیان ساده اگر ابعاد یک جسم از افق رویداد آن کوچک‌تر باشد عملاً سیاهچاله است. سیاهچاله از نظر فیزیکی یا بهتر بگویم اختر فیزیکی جسمی است که حتی نور هم نمی‌تواند از آن بگریزد. چرا پای نور را وسط می‌کشیم؛ چون نور بالاترین سرعت را دارد. پس اگر نور نتواند از محیطی خارج شود عملاً هیچ اطلاعی از وضعیت داخلی آن جسم یا محیط نخواهیم داشت!
وی درباره محاسبه افق رویداد گفت: برای همه اجرام مانند سیارات و ستاره‌ها می‌توان سرعت فرار تعریف کرد. مثلاً سرعت فرار از زمین ۱۱۰۰۰ متر بر ثانیه است. یعنی اگر جسمی را با این سرعت به آسمان پرتاب کنیم از جاذبه گرانشی زمین خارج می‌شود و دیگر بر نمی‌گردد. جاذبه گرانشی اجرام با افزایش فاصله از آنها کاهش می‌یابد. به همین ترتیب می‌توان برای هر جسم فشرده‌ای افق رویداد تعریف کرد که فاصله‌ای از آن جسم است که حتی نور که بیشترین سرعت را دارد نتواند از آن فرار کند. افق رویداد یعنی کمترین فاصله‌ای که اگر در آن اتفاقی بیفتد ما آن را نمی‌فهمیم. حال اگر تمام جرم خورشید در یک سطحی که کمتر از سه کیلومتر بود جمع می‌شد دیگر خورشید را نمی‌دیدیم چون چنین اتفاقی رخ نداده و خورشید بزرگ‌تر از سه کیلومتر است پس سیاهچاله نیست چرا که سیاهچاله، هم باید پُرجرم باشد و هم فشرده. افق رویداد سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری حدود هفت میلیون کیلومتر و افق رویداد سیاهچاله پُر جرم کهکشان M87 حدود ۲۰ میلیارد کیلومتر است. به خاطر داشته باشیم که ما در مورد خود سیاهچاله و ساختار داخلی آن چیزی نمی‌دانیم! پس همه چیز در داخل افق رویداد سیاهچاله مبهم است.
این استاد و پژوهشگر اخترفیزیک دانشگاه «بیرمنگام» درباره رصد افق رویداد اظهار کرد: از آنجایی که مشاهده سیاهچاله به دلیل عدم انتشار نور یا امواج الکترومغناطیسی غیر ممکن است تنها تابش اطراف آن سیاهچاله که به دلیل دمای بالای ناشی از دیسک برافزایشی است قابل مشاهده است که یقیناً در شعاعی بزرگ‌تر از افق رویداد است. دیسک بر افزایشی ناحیه‌ای است که گاز و ستاره‌ها با نزدیک شدن به سیاهچاله با سرعت و به صورت چرخشی در آن به سمت سیاهچاله سقوط می‌کنند. برای اینکه بتوانیم افق رویداد یک سیاهچاله (یا عملاً دیسک بر افزایشی) را مشاهده یا ثبت کنیم باید تلسکوپی داشته باشیم که بتواند ابعاد حدود ۲۰ میلیارد کیلومتر (معادل ۱۳۴ واحد نجومی) را در فاصله‌ای حدود ۵۵ میلیون سال نوری رصد کند! نسبت فاصله جسم به ابعاد جسم حدود ۱۰ میلیارد است! به عبارت دیگر باید تلسکوپی داشته باشیم که توان آن از مرتبه ۱۰ میکرو ثانیه قوسی باشد. هر ثانیه قوسی ۳۶۰۰ ام یک درجه است.
وی ادامه داد: توان بهترین تلسکوپ‌های رادیویی موجود با قطر آرایه چند کیلومتر حدود ۱۰۰۰ برابر کمتر از میزان مورد نیاز برای رصد افق رویداد یک سیاهچاله "ابرجرم" در این فاصله است!
پردازش تصاویر دو سال طول کشیده است
دکتر خسروشاهی با بیان اینکه مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های رادیویی برای تصویربرداری از این سیاهچاله در نقاط مختلفی از زمین مستقر شده بودند گفت: تصویربرداری‌ها از این سیاهچاله توسط تلسکوپ رادیویی انجام گرفته است. مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های رادیویی در هشت نقطه مختلف کره‌زمین انتخاب شدند و فواصل این تلسکوپ‌ها از هم به اندازه‌ای بوده که بتوان تلسکوپی به اندازه قطر کره‌زمین داشته باشیم. دقت زاویه‌ای یکی از این تلسکوپ‌ها به تنهایی حدود ۱۰۰۰ برابر کمتر از آن میزانی بوده که برای تصویربرداری مورد نیاز بود، بنابراین تلسکوپ‌هایی که در یک طول موج کار می‌کردند در اسپانیا، هاوایی، آریزونا، مکزیک و آرایه تلسکوپ‌های "آلما" که در شیلی برای این منظور انتخاب شدند. همه‌ی این تلسکوپ‌ها با هم از یک هدف یعنی همان سیاه چاله M87 تصویر برداری کردند که بعدتر در فرآیند پردازش داده‌ها این تصاویر با هم همزمان شدند. در شیلی و هاوایی دو تلسکوپ قرار داشته و از آنجایی که این دو تلسکوپ نزدیک به یکدیگر قرار داشتند یکی در نظر گرفته شدند.
وی درباره لزوم همزمانی تصویر برداری تلسکوپ‌ها گفت: اما چالش اصلی همزمان کردن این تلسکوپ‌ها بود چراکه برای ثبت تصویر با این دقت زاویه باید تلسکوپ‌های این شبکه همزمان امواج منتشر شده از اطراف سیاهچاله را ثبت می‌کردند. برای این کار از ساعت‌های اتمی همزمان شده با دقت ۱ ثانیه به ازای ۱۵ میلیارد سال استفاده شده است. این رصد آوریل ۲۰۱۷ انجام گرفته ولی پردازش دقیق آن دو سال به طول انجامیده است. به هر حال به دلیل حجم بالای داده‌ها و انتقال آنها و به با توجه به اینکه انتقال این حجم از اطلاعات به طریق دیجیتال و از طریق اینترنت غیر ممکن بوده است. به طور مثال داده‌های قطب جنوب را بعد از تمام شدن زمستان انتقال دادند و بعد از تحلیل و شبیه‌سازی مطمئن شدند که اندازه‌گیری‌ها درست بوده است یا نه. از سوی دیگر با توجه به چرخش زمین و اثراتی که می‌تواند در کاهش شفافیت داده‌ها داشته باشد نیاز به آنالیز دقیق‌تر و برهم نهی دقیق داده‌ها و تصاویر و از بین بردن آثار غیر واقعی مانند چرخش زمین مستلزم زمان بود.
این استاد پژوهشگاه دانش‌های بنیادی در ادامه اظهار کرد: به بیان دیگر با توجه به میزان فاصله زمین تا این کهکشان، می‌توان اینگونه گفت که این تصویر در اصل به وضعیت سیاهچاله در ۵۵ میلیون سال پیش بر می‌گردد، چون فاصله‌ی ما از این کهکشان ۵۵ میلیون سال نوری است.
وی درباره میزان تغییر این سیاهچاله در طول ۵۵ میلیون سال گذشته گفت: سیاهچاله جسمی است که در حال تحول است و تصاویری که ۲ سال پیش ثبت شده است نیز نشان از تغییرات زمانی دارد. البته نمی‌توانیم انتظار داشته باشیم که تغییر زیادی کرده باشد. مثلاً شما به هر قسمت سطح خورشید نگاه کنید تحول خاصی در آنجا رخ می‌دهد اما خورشید به طور کلی تغییری نکرده است. تغییرات روزانه و سالانه وجود دارد ولی سیاهچاله به معنی خود سیاهچاله و ابعاد رویدادش و افق رویدادش به نظر نمی‌آید که در زمان کوتاه تغییر کند. زمان ما یعنی ساعت‌ها، سال‌ها و قرن‌ها در مقایسه با اتفاقاتی که در مقیاس کیهانی می‌افتد بسیار ناچیز هستند. هر چند که رصدهای بعدی نشان خواهد داد تغییرات سالانه و چند ده ساله‌ی یک سیاهچاله چه خواهد بود و این سوالی است که محققان به پاسخ آن علاقمند هستند.
مجری طرح رصدخانه ملی ایران درباره تجمیع عکس‌های گرفته شده از این سیاهچاله توسط تلسکوپ‌های مختلف گفت: هر کدام از تصاویری که مجزا گرفته شده نمی‌تواند به تنهایی این تصویر فعلی را به ما بدهد. باید توجه داشت که این تجمیع عکس‌ها به این معنی نیست که مثلاً یک تلسکوپ از یک کهکشان عکس بگیرد و یک تلسکوپ دیگر هم از همان کهکشان عکس بگیرد و ما اینها را روی هم بگذاریم تا عکس واضح‌تر دیده شود. هیچیک از این تلسکوپ‌ها به تنهایی قادر نیست که افق رویداد یعنی همان سیاهی وسط تصویر را نشان دهد. یعنی یک تصویر کاملاً محو نشان می‌دهند که هیچ‌چیز در آن نیست. در اصل وقتی تصاویر با هم ترکیب می‌شود به این تصویر نهایی با این توان تفکیک زاویه‌ای میرسیم.
وی ادامه داد: به عبارت دیگر این تلسکوپ‌ها همزمان یک تلسکوپ هستند. تلسکوپ‌ها امواج الکترومغناطیسی یا نور را در یک جا جمع می‌کنند. یعنی هرچه قطر یک تلسکوپ بیشتر باشد سیگنال بیشتری دریافت می‌کند. یکی دیگر از کارهای تلسکوپ‌ها تفکیک زاویه‌ای اجرام در آسمان است؛ پس علت علاقمندی منجمان به افزایش قطر دهانه تلسکوپ‌ها فقط افزایش قدرت تجمیع نور نیست بلکه هرچه قطر دهانه تلسکوپ افزایش یابد می‌تواند اجرام نزدیک به هم را از هم تفکیک کند. در این مورد حتی تلسکوپی با قطر چند کیلومتر هم نمی‌تواند افق رویداد این سیاه چاله را مشاهده کند. تقریباً برای این کار هزار برابر دقتش کم است. یعنی تمام این تلسکوپ‌ها را برای این استفاده نمی‌کنیم که قدرت یکی از تلسکوپ‌ها به اندازه کافی نیست، بلکه به این دلیل از هشت تلسکوپ استفاده می‌کنیم که تفکیک زاویه‌ای تلسکوپ‌ها را افزایش دهیم برای همین است که این تلسکوپ‌ها باید در مکان‌های مختلف زمین و حتی‌المکان از هم دور باشند.
مجری طرح رصدخانه ملی ایران درباره تلسکوپ افق رویداد گفت: تلسکوپ افق رویداد خود یک تلسکوپ به معنای کلاسیک یک تلسکوپ نیست بلکه یک شبکه تلسکوپ است که اسمش را افق رویداد گذاشته‌اند. این تلسکوپ آن قدر تفکیک زاویه‌ای را در آسمان افزایش می‌دهد که بتوانند افق رویداد یک سیاهچاله را رصد کنند.
اهمیت رصد این سیاهچاله چیست؟
این اختر فیزیکدان ایرانی درباره اهمیت رصد این سیاهچاله و تصویربرداری از آن گفت: نخست اینکه یک قرن بعد از پیش‌بینی سیاهچاله، رصد آن انجام شد. چیزی که حتی خود "انیشتین" هم در مورد وجودش تردید داشت. یعنی برخلاف آنچه محاسبات نشان می‌داد فکر می‌کرد طبیعت اجازه تشکیل چنین جسم با این ماهیت عجیب را ندهد. حال با این رصد می‌دانیم که سیاهچاله یک نظریه یا تخیل نیست بلکه یک واقعیت است. تمام شواهد پیشین سیاه‌چاله‌ها غیر مستقیم بود. برای مثال تلسکوپ‌های بزرگ فعلی کلاس هشت متر توانسته بودند از روی سرعت حرکت ستاره‌های اطراف سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری به وجود آن و میزان جرم آن پی ببرند اما هیچگاه تصویری از آن نداشتند. این رصد همچنین تأیید مهمی بر ویژگی‌های دیسک گازی و ستاره‌ای اطراف سیاهچاله است. تصاویر ثبت شده در زمان‌های مختلف نشان می‌دهد که سیاه‌چاله‌ها اجرام در حال تحول هستند.
خسروشاهی ادامه داد: مطالعات بعدی می‌تواند روی مسائلی چون وجود میدان مغناطیسی اطراف سیاهچاله یا روی موضوعاتی چون وجود آثار میدان مغناطیسی بر افق رویداد باشد. یادمان باشد که این مورد خاص، سیاهچالهای است که تابش رادیویی و ایکس ری دارد. این سیاهچاله بسیار پرجرم است. هیچکس تاکنون تصویری از اطراف سیاهچاله و از خود سیاهچاله نگرفته است. سوالاتی از قبیل اینکه میدان مغناطیسی این سیاهچاله و میزان چرخشش به چه شکلی است؟ اینها سوالاتی است که بدون شک در آینده ما را با حجم زیادی از تحقیقات مواجه می‌کند. از طرف دیگر بهبود فنی تلسکوپ این امکان را فراهم خواهد کرد که منجمان دنبال سیاه‌چاله‌های بیشتری در اطراف بخش مرکزی کهکشان راه شیری باشند.
پروژه تصویربرداری از سیاهچاله دو دهه پیش آغاز شده بود
این استاد پژوهشگاه دانش‌های بنیادی درباره زمان آغاز پروژه تصویربرداری از این سیاهچاله گفت: پروژه اتصال تلسکوپ‌ها که به طور مفهومی تلسکوپ افق رویداد است دو دهه پیش کلید خورده است و در سال‌های گذشته هم شواهدی مبنی بر اینکه این تلسکوپ قادر است به افق رویداد نزدیک شود منتشر شد ولی هیچ گاه تصویری با این دقت و کیفیت در اختیار منجمان قرار نگرفته بود.
وی درباره توانایی تلسکوپ رصدخانه ملی ایران برای رصد چُنین اشیایی گفت: هر تلسکوپی برای طول موج خاص و موضوع علمی خاص طراحی و ساخته می‌شود. تلسکوپ ۳.۴ متری رصدخانه ملی ایران تلسکوپی نیست که چنین کاربری داشته باشد، اما چیزی که تلسکوپ رصدخانه ملی ایران می‌تواند مطالعه کند ویژگی ستاره‌هایی است که در پیرامون سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری در حال حرکت هستند و این کار از طریق اندازه‌گیری سرعت بخشی ستاره‌ها در مرکز کهکشان‌ها انجام می‌شود.
سرعت حرکت ستاره‌ها دلیلی بر وجود سیاهچاله
این پژوهشگر گروه تحقیقات کهکشان‌های فسیلی دانشگاه بیرمنگام در ادامه حرکت ستاره‌ها را از جمله نشانه‌های وجود سیاهچاله دانست و افزود: یکی از دلایلی که ما فکر می‌کردیم چنین سیاهچالهای در کهکشان‌ها وجود دارد به خاطر سرعت بخشی ستاره‌های این سیاهچاله مرکزی است. این ستاره‌ها جنب‌وجوش بیشتری از آنچه انتظار داریم دارند از همین موضوع نتیجه می‌گیریم که احتمالاً یک سیاهچاله پرجرمی وجود دارد.
خسرو شاهی ادامه داد: در مورد کهکشان راه شیری هم همین اتفاق افتاد یعنی از حرکت ستاره‌ها و مدار یابی ستاره‌ها در اطراف سیاهچاله مرکزی خودمان فهمیدیم سیاهچالهای به جرم حدود ۲.۳ میلیون جرم خورشید در کهکشان ما وجود دارد. اما تاکنون افق رویداد این سیاهچاله رصد نشده است.
مجری طرح رصدخانه ملی ایران در پایان در پاسخ به سوالی درباره دلایل میزان دشواری تصویربرداری از یک سیاهچاله گفت: در انتخاب سیاهچاله برای اندازه‌گیری افق رویداد، سبک-سنگین کردن فاصله سیاهچاله از ما و ابعاد افق رویداد مهم است. هر چه سیاهچاله پُر جرم‌تر باشد افق رویداد بزرگ‌تری دارد و رصد آن ساده‌تر است اما این امر بستگی به فاصله نیز دارد. با وجود اینکه رصد افق رویداد سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری نیز در دستور کار است اما دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سیاهچاله M87 مورد خوبی است. اگر چنین سیاهچالهای به همین جرم در فاصله کمتر از این وجود داشته باشد قطعاً برای رصد مناسب خواهد بود.
انتهای پیام