انتشار نخستین تصویر سیاه چاله در قالب یک ویدئو

 اولین تصویر تاریخی از سیاه چاله که سال گذشته منتشر شد، حالا به ویدئو تبدیل شده است. توالی کوتاه فریم ها، تغییرات ظاهری محیط اطراف سیاه چاله و تأثیر جاذبه بر مواد اطراف را در طول چندین سال نشان می دهد.

تصاویر، توده ی نامتوازنی از نورهای چرخان اطراف سیاه چاله ای غول آسا را در مرکز کهکشان M87 نشان می دهند. تلسکوپ ایونت هرایزن (EHT که شامل آرایه ای عظیم از رصدخانه های سراسر دنیا است) برای تولید این تصاویر، داده های قبلی سیاه چاله را با مدلی ریاضی، بر اساس تصویر سیاه چاله در آوریل 2019 ترکیب کرد تا تکامل محیط اطراف سیاه چاله را در طول هشت سال نشان دهد.

گرچه تولید این توالی تا اندازه ای بر اساس حدس و گمان است، نتایج به دست آمده، دیدگاه های خوبی را درباره ی رفتار سیاه چاله ها و گرانش آن ها ارائه دادند که نور و ماده ی اطراف خود را جذب می کنند. به گفته ی ماسیک ویلگوس، مؤلف ارشد پژوهش و ستاره شناس رادیویی دانشگاه هاروارد کمبریج:

ازآنجاکه سقوط جریان ماده در سیاه چاله متلاطم است، می توانیم نوسان حلقه های اطراف سیاه چاله را به مرور زمان رصد کنیم.

حلقه لرزان

سال گذشته، اولین تصویر سیاه چاله به تیتر اول اخبار سراسر جهان تبدیل شد. این تصویر، سیاه چاله ی غول آسای M87* را در مرکز کهکشان M87 نشان می داد که تقریبا 55 میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد. پژوهشگرها تصویر را با ترکیب سیگنال های رادیویی بازسازی کردند که در آوریل 2017 و در مدت زمان دو شب از رصدخانه های سراسر زمین جمع آوری شده بود.

با اینکه تصویر به دست آمده مات بود، با پیش بینی های نظریه ی نسبیت عامل آلبرت اینشتین درباره ی اطراف سیاه چاله کاملا منطبق بود. این تصویر، شواهدی از افق رویداد سیاه چاله را دراختیار ستاره شناسان قرار داد. افق رویداد، به نقطه ی بی بازگشت سیاه چاله گفته می شود که آن را از محیط اطرافش جدا می کند. این دیسک تاریک در مقابل حلقه ای از نور قرار دارد که از ماده ی داغ خارج از افق رویداد سرچشمه می گیرد.

در تصاویر، بخشی از دیسک سیاه چاله، درخشان تر ظاهر شد. دلیل این پدیده، ترکیبی از جلوه های متغیرهای پیچیده ی اطراف سیاه چاله بود. ماده ای که در حفره ی سیاه چاله سقوط می کند، مارپیچی پرسرعت را خارج از استوای سیاه چاله ایجاد می کند که اخترفیزیک دان ها به آن قرص برافزایشی می گویند. ظاهر نامتوازن سیاه چاله تا اندازه ای به اثر داپلر بستگی دارد: بخشی از دیسک به سمت دید ناظر می چرخد، حرکت ماده منجر به افزایش تشعشعات شده و درخشش را بالا می برد. عکس این فرایند برای آن سوی سیاه چاله که از دید ناظر دورتر است، رخ می دهد.

بازنگری داده ها

ویلگوس بر اساس نتایج قبلی به بررسی و بازنگری داده های قبلی تلسکوپ های EHT پرداخت و از تصاویر سال 2017 به عنوان راهنما استفاده کرد. EHT از سال 2009 رصد M87* را با سه تلسکوپ در سه موقعیت مکانی مختلف آغاز کرد. با افزودن رصدخانه های بیشتر به شبکه ی EHT، کیفیت رصدها بهبود یافت. در سال 2017، مجموعه ی آرایه ی EHT شامل هشت رصدخانه از هاوایی و شیلی تا اروپا، برای اولین بار به سطح تولید تصویری واقعی رسید.

داده های قدیمی در چهار گروه و در سال های 2009، 2011، 2012 و 2013 جمع آوری شدند. دو دسته از داده ها هنوز منتشر نشده اند. به گفته ی ویلگوس: «این داده ها تا اندازه ای فراموش شدند؛ زیرا همه از داده های 2017 هیجان زده بودند.» ویلگوس همراه با گروهی از دیگر پژوهشگران EHT به تحلیل مجدد داده ها پرداخت و به انطباق آن ها با داده های سال 2017 از جمله وجود قرص تاریک و حلقه ی درخشان پی برد. اگرچه داده های 2009 تا 2013، از دقت کافی برای تولید تصاویر برخوردار نبودند، پژوهشگرها با ترکیب داده های محدود و مدل های ریاضی سیاه چاله که از سال 2017 به دست آمده بودند، به تصاویر ترکیبی رسیدند.

به این ترتیب، نتایج فراتر از انتظار ظاهر شدند. درست مانند داده های سال 2017، بخشی از حلقه درخشان تر از بخش دیگر بود؛ اما نقطه ی درخشان جابه جا شده بود. دلیل این مسئله نوسان های درخشش قرص برافزایشی بود.

دیسک متغیر

به گفته ی پژوهشگرها، گرچه سیاه چاله ی M87* ثابت است، محیط اطراف آن هر سال تغییر می کند. در مقیاس چند هفته ای، میدان های مغناطیسی قوی دورتا دور قرص برافزایشی حرکت می کنند و نقاط داغ تری را به وجود می آورند که در مدار سیاه چاله می چرخند. در سال 2018، تیمی مجزا در بازه ی یک ساعته از توده ی گازی داغی در اطراف سیاه چاله ی ساگیتاریوس A* خبر دادند. این سیاه چاله در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد. ازآنجاکه جرم سیاه چاله ی M87* برابر با 6/5 میلیارد جرم خورشیدی است، اندازه ی آن هم 1000 برابر بیشتر از ساگیتاریوس A* است درنتیجه تغییرات اطراف آن در بازه ی طولانی تری رخ می دهند.

تیم EHT هر سال در اواخر ماه مارس یا اوایل آوریل، سیاه چاله های M87* و ساگیتاریوس A* را رصد می کند. در این زمان، شرایط آب و هوایی بسیاری از نقاط کره ی زمین مناسب است. همکاری آن ها در سال 2020 به دلیل محدودیت های دنیاگیری کووید 19 دچار اختلال شد؛ اما این تیم به فرصت دیگری در سال 2021 امیدوار است. اگر همه چیز خوب پیش برود، رصدخانه های بیشتری از گرینلند و فرانسه به این پروژه خواهند پیوست.

تیم EHT همچنین به دنبال استفاده از پرتوهای طول موج کوتاه تر در کمپین رصد سال آینده است. گرچه این روش برای رصد از جو زمین دشوارتر است، می تواند دقت تصاویر EHT را افزایش دهد. به گفته ی سارا اسیائون، یکی از اعضای EHT و ستاره شناس رادیویی دانشگاه رادبود هلند: «می توانیم با این روش به سایه ی سیاه چاله نزدیک تر شویم و تصاویر واضح تری را ثبت کنیم».