ستاره شناسان اولین تصویر از سیاهچاله عظیم راه شیری را ثبت کردند


در مرکز کهکشان راه شیری یک حضور عظیم و مرموز وجود دارد که تأثیر قدرتمندی بر ستارگان اطراف آن – و تخیلات ستاره شناسان – دارد.

اکنون دانشمندان اولین عکسی از نیروی مهیب در مرکز کهکشان ما دارند: کمان A *، سیاهچاله ای فوق العاده با جرم ۴ میلیون خورشید.

این تصویر که روز پنجشنبه رونمایی شد، توسط شبکه ای متشکل از هشت رصدخانه رادیویی در شش نقطه در سراسر جهان گرفته شده است. آنها با هم معادل عملی یک تلسکوپ به اندازه زمین را تشکیل می دهند که برای دیدن برخی از مرموزترین و گیج کننده ترین اجرام در جهان طراحی شده است.

گرفتن عکس از یک سیاهچاله یک شاهکار منحصر به فرد است، زیرا ویژگی بارز آن این است که هیچ چیز در گیره گرانشی آن نمی تواند فرار کند – از جمله نور.

اما اخترشناسان می توانند مرز حلقه ای شکلی را که به عنوان افق رویداد شناخته می شود، و فراتر از آن حلقه طلایی و گازدار از گاز فوق گرم و نور خمشی که لبه نقطه بی بازگشت سیاهچاله را می پوشاند، ببینند.

“چه چیز جالب تر از دیدن سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری خودمان؟” کیتی بومن، استاد تصویربرداری محاسباتی Caltech و یکی از اعضای تیم بین المللی تلسکوپ گفت.

نتایج امروز در Astrophysical Journal Letters منتشر شد.

سیاهچاله ها متراکم ترین اجرام در جهان هستند. هنگامی که یک ستاره غول پیکر در یک ابرنواختر نهایی و دراماتیک منفجر می شود، فروپاشی آن لخته کوچکی از ماده را به قدری متراکم ایجاد می کند که کشش گرانشی آن تار و پود فضا و زمان اطراف آن را منحرف می کند.

دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که سیاه‌چاله‌های پرجرم در مرکز هر کهکشانی، از جمله کهکشان ما، قرار دارند. با این حال، علیرغم اندازه عظیمشان، آنها حضوری گریزان در جهان هستند، که تنها با تأثیر آنها بر اجسام اطرافشان قابل مشاهده است.

گرفتن تصویری از جسمی که هیچ نوری نمی تواند از آن بگریزد، چالش بزرگ کنسرسیوم تلسکوپ افق رویداد است که در سال ۲۰۰۹ به آن پرداخته شد. این تلاش شامل کار مشترک بیش از ۳۰۰ دانشمند و مهندس در ۸۰ موسسه در سراسر جهان است.

یک دهه طول کشید تا اولین عکس از یک سیاهچاله تهیه شود، عکسی که در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ در فاصله ۵۵ میلیون سال نوری از ما قرار دارد (سیاهچاله با نام M87* نیز شناخته می شود). افق رویداد آن تقریباً ۲۵ میلیارد مایل عرض دارد و جرم آن تقریباً ۶.۵ میلیارد خورشید است.

اگرچه قوس A * – یا به اختصار Sgr A * – تنها ۲۷۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، اما کمتر از ۰.۱٪ از جرم M87 * را دارد. اگر در کهکشان خودمان قرار نداشت، عکاسی از آن تقریبا غیرممکن بود. بومن آن را به ایستادن در لس آنجلس و گرفتن عکس از یک دانه نمک در نیویورک تشبیه کرد.

فریال اوزل، ستاره شناس دانشگاه آریزونا و یکی از اعضای موسس کنسرسیوم تلسکوپ، می گوید: «این سیاهچاله ملایم تر و همکاری بیشتری از آن چیزی است که ما انتظارش را داشتیم. “ما سیاهچاله خود را دوست داریم.”

در واقع، این تصاویر قوی‌ترین شواهد تا به امروز را برای نظریه نسبیت عام اینشتین ارائه می‌دهند. به طور خاص با Sgr A *، اندازه و شکل حلقه ای که افق رویداد را احاطه کرده است، به طور قابل توجهی با آنچه دانشمندان بر اساس نظریه اینشتین پیش بینی کرده بودند، مطابقت دارد.

بومن گفت: “آنها از بسیاری جهات بسیار متفاوت هستند، اما همان نظریه گرانش در واقع شکل هر دو تصویر را توضیح می دهد.” “و این یک نتیجه بزرگ است. در واقع بسیار هیجان انگیز است که آنها بسیار شبیه به نظر می رسند.”

سیاهچاله های بسیار پرجرم در مرکز کهکشان مسیه 87، سمت چپ و کهکشان راه شیری.

سیاهچاله فوق العاده در سمت چپ در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ قرار دارد. سمت راست در مرکز راه شیری ما قرار دارد.

(همکاری EHT)

یک مدل کلاس درس محبوب از یک سیاهچاله راه مفیدی برای تجسم این پدیده کیهانی ارائه می دهد. پارچه فضا-زمان را به عنوان یک ورقه پلاستیکی که محکم کشیده شده است، و زمین را مانند یک توپ تنیس که در مرکز آن انداخته شده است، تصور کنید. توپ یک انحنای خفیف در فیلم ایجاد می کند، درست همانطور که سیاره نسبتاً کم اندازه ما با فضا-زمان انجام می دهد.

با این حال، یک توپ فولادی فیلم را خیلی بیشتر خم می کند. اگر توپ به اندازه کافی سنگین باشد، فیلم به قدری آویزان می‌شود که هر جسم دیگری به‌طور اجتناب‌ناپذیری به سمت سنگین‌ترین مورد غلت می‌خورد. این کاری است که سیاهچاله ها با زمان و مکان می کنند.

بومن می‌گوید: «سیاه‌چاله‌ها جاروبرقی‌های کیهانی بزرگی نیستند که هالیوود دوست دارد آن‌ها را به تصویر بکشد.

بومن گفت که Sgr A* کوچکتر و کارآمدتر به احتمال زیاد نماینده بهتری از سیاهچاله معمولی در کیهان نسبت به M87* بسیار پرجرم است.

آندره گز، ستاره شناس UCLA، جایزه نوبل سال ۲۰۲۰ را برای کشف Sgr A * دریافت کرد. تصویری که EHT تولید کرد «به طور قابل ملاحظه‌ای شبیه به سیاه‌چاله‌ای بود که او و همکارانش در مرکز این کهکشان تصور کردند.

قز گفت: «پیش‌بینی وجود دارد که شما باید این غلظت نور را در اطراف سیاه‌چاله، درست خارج از افق رویداد ببینید، و در واقع می‌توانید این را ببینید که قابل توجه است.» “این واقعا هیجان انگیز است.”

برای عکاسی از یک سیاهچاله با یک تلسکوپ، یک عدسی به پهنای ۱۳ میلیون متر نیاز داشت – به عبارت دیگر، یک تلسکوپ به اندازه خود زمین.

تلسکوپ قطب جنوب در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات بنیاد ملی علوم در قطب جنوب قرار دارد.

تلسکوپ قطب جنوب در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات بنیاد ملی علوم در قطب جنوب، شدیدترین مکان از هشت تلسکوپ موجود در رویداد آرایه تلسکوپ افق است.

(جونهان کیم / دانشگاه آریزونا)

به جای آن عدم امکان لجستیکی، تلسکوپ افق رویداد داده ها را از طریق هشت رصدخانه رادیویی در گرینلند، قطب جنوب، و شش مکان دیگر در این بین جمع آوری می کند که با ساعت های اتمی هماهنگ شده اند. با چرخش زمین، رصدخانه ها هدف خود را از زوایای متعدد مشاهده می کنند.

وینسنت فیش، عضو EHT از رصدخانه MIT Haystack گفت که شات جذاب Sgr A * از ۵ پتابایت داده، که معادل ۱۰۰ میلیون TikToks است، استخراج شد. تصویر منتشر شده میانگینی از چندین تصویر است که از آن داده ها استخراج شده است.

همکاری EHT با استفاده از ردیابی پرتو، مجموعه ای از تصاویر احتمالی از Sagittarius A * ایجاد کرد.

EHT Collaboration مجموعه ای از تصاویر احتمالی از Sagittarius A * ایجاد کرد، سپس آنها را برای تولید یک تصویر به طور میانگین محاسبه کرد.

(بن پرادر / گروه کاری تئوری EHT / چی کوان چان)

همین دو دهه پیش، «فکر می‌کردم هرگز چنین عکس‌هایی را نبینیم. دانیل استرن، اخترفیزیکدانی که سیاهچاله‌ها را در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در لاکانادا فلینتریج مطالعه می‌کند، گفت: خیلی سخت است.

او گفت: «به نظر بهتر از آن چیزی بود که انتظار داشتم. این با تئوری هایی مطابقت دارد که دهه ها قدمت دارند و ما فکر می کردیم سیاهچاله ها چگونه خواهند بود.

از آنجایی که این سیاهچاله بسیار کوچکتر است، حلقه اطراف آن بسیار شلوغ تر به نظر می رسد. گازهایی که هفته ها طول می کشد تا به دور M87 * بچرخند، می توانند در عرض چند دقیقه به دور Sgr A * بچرخند. بومن گفت با توجه به تغییرات سریع در انتشار، این امکان وجود دارد که تلسکوپ بتواند تصاویر متحرکی از فعالیت در اطراف افق رویداد در سال های آینده ثبت کند – به طور بالقوه در ابعاد چندگانه.

“اگر ما واقعاً می‌توانستیم مکان گاز در طول زمان را در سه بعدی اطراف سیاه‌چاله ترسیم کنیم، چه؟ بومن گفت. “این چیزی است که من واقعاً در مورد آن هیجان زده هستم.”