ثبت اولین تصویر از یک سیاهچاله به عنوان دستاورد علمی برتر سال انتخاب شد
ژورنال Science ثبت اولین تصویر از یک سیاهچاله را به عنوان دستاورد علمی برتر سال ۲۰۱۹ انتخاب کرد. تصویری که ویژگی‌هایش بار دیگر درستی نظریه نسبیت عام اینشتین را تایید کرد.
این تصویر که در واقع نمایی است از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87 در جریان پروژه «تلسکوپ افق رویداد» یا EHT ثبت شد. پروژه‌ای که با همکاری تعدادی از رصدخانه‌های رادیویی در نقاط مختلف جهان انجام شد. رصدخانه‌هایی که به یک‌دیگر متصل شدند تا تلسکوپی مجازی به اندازه سیاره زمین شکل بگیرد. این همکاری بین‌المللی در نهایت منجر به ثبت اولین تصویر از افق رویداد یک سیاهچاله شد؛ اتفاقی که پیش از این ناممکن به نظر می‌رسید.
آیا تصویربرداری از سیاهچاله‌ها ممکن است؟
پژوهشگران سال‌ها مشغول نظریه‌پردازی درباره سیاهچاله‌ها بودند. با این حال شاید کمتر کسی تصور می‌کرد که روزی بتوان تصویری واقعی را از این اجرام رمزآلود ثبت کرد.
کارل شوارتزشیلد با بهره بردن از نظریه نسبیت عام اینشتین برای اولین بار محاسباتی را انجام داد که توصیف‌گر اجرامی خاص بود که در نهایت به سیاهچاله معروف شدند. اجرامی با گرانش بسیار شدید که حتی نور، سریع‌ترین موجود عالم، نیز توان فرار از گرانش آن‌ها را ندارد.
پس از آن و در سال‌های بعد اخترشناسان به طور غیرمستقیم موفق به آشکارسازی سیاهچاله‌ها شدند. از سیاهچاله‌های ستاره‌ای که بیشتر با ثبت تابش پرتو ایکس مواد دیسک اطراف‌شان کشف می‌شوند تا ابرسیاهچاله‌ها که در مرکز کهکشان‌ها جای گرفته‌اند و اثرات گرانش شدید آن‌ها روی اجرام اطراف‌شان قابل ثبت است. چند سال پیش نیز اولین نشانه‌های مستقیم از وجود سیاهچاله‌ها در جریان آشکارسازی امواج گرانشی مشاهده شد.
ثبت تصویری مستقیم از سیاهچاله‌ها اما کاری بسیار چالش‌برانگیز بود. اما ایده‌ای که حدودا دو دهه پیش ارائه شد چیزی بود که ارزش امتحان کردن را داشت. بر اساس این طرح امکان ثبت تصویری از سیاهچاله در پس‌زمینه گازهای درخشانی که خارج از افق رویداد قرار دارند وجود داشت. گازهای اطراف سیاهچاله دمای بالایی دارند و در طول موج‌های مختلف تابش می‌کنند. به این ترتیب و بر اساس این طرح ثبت «سایه سیاهچاله» در در پس‌زمینه درخشان گازهای اطراف آن امکان‌پذیر بود.
ایده‌ای که در نهایت و در جریان پروژه تلسکوپ افق رویداد عملی شد. تیم تلسکوپ افق رویداد تصویربرداری از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان خودمان، راه شیری، و همچنین ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87 را در دستور کار خود قرار داد. تلسکوپ‌های همکار در این پروژه در سال ۲۰۱۷ به مدت ده شب به جمع‌آوری داده از هر دو سوژه مشغول شدند. با توجه به سرعت بیشتر حرکت مواد اطراف ابرسیاهچاله مرکز راه شیری (که باعث تار شدن تصویر می‌شد)، متخصصان این پروژه روی پردازش داده‌های مربوط به ابرسیاهچاله کهکشان M87 متمرکز شدند. تا این که در نهایت در ماه آپریل سال ۲۰۱۹ میلادی انتشار تصویر ابرسیاهچاله کهکشان M87 تاریخ‌ساز شد و در صدر اخبار رسانه‌ها قرار گرفت.
آرایه آلما در شیلی، یکی از رصدخانه‌های همکار در پروژه تلسکوپ افق رویداد.
Credit: Y. Beletsky (LCO)/ESO
چالش‌های ثبت اولین تصویر از یک سیاهچاله
جرم ابرسیاهچاله‌ها به میلیون‌ها و حتی میلیاردها برابر جرم خورشید می‌رسد. اما این جرم بسیار زیاد در فضایی کوچک و محدود قرار دارد و بر خلاف تصور سیاهچاله‌ها اندازه چندان بزرگی ندارند. به این ترتیب تفکیک افق رویداد سیاهچاله مهم‌ترین چالش پیش روی تیم تلسکوپ افق رویداد بود. برای مقایسه تفکیک سیاهچاله مرکز کهکشان M87 معادل تفکیک یک پرتقال در سطح ماه است!
راه اصلی افزایش توان تفکیک تلسکوپ افزایش قطر دهانه است. اما برای تفکیک ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87 به یک تلسکوپ رادیویی با قطر دهانه‌ای در حدود قطر سیاره زمین نیاز بود! طبیعی است که ساخت چنین تلسکوپی ممکن نیست. اما اخترشناسان توانستند با ترکیب داده‌ها و اتصال تلسکوپ‌های رادیویی در نقاط مختلف زمین تلسکوپی مجازی با اندازه‌ای معادل قطر سیاره زمین بسازند. تلسکوپ‌هایی در نقاط مختلف دنیا مانند آمریکا، مکزیک، شیلی و حتی قطب جنوب در این پروژه مشارکت کردند تا در نهایت پروژه تلسکوپ افق رویداد شکل بگیرد و برای اولین بار تصویری مستقیم از یک سیاهچاله ثبت شود.
فعالیت تلسکوپ افق رویداد پس از ثبت این تصویر تاریخی به پایان نخواهد رسید. مسئولان این پروژه برنامه‌های جذابی برای آینده دارند. قرار است در سال ۲۰۲۰ سه رصدخانه رادیویی دیگر نیز به این پروژه اضافه شوند تا امکان ثبت تصاویری دقیق‌تر از گذشته برای تلسکوپ افق رویداد فراهم شود.
عکس کاور: تصویر تلسکوپ افق رویداد از ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87.
Credit: EHT Collaboration
