نسبیت عام اینشتین نخستین سیاهچاله‌ی تصویربرداری شده را به‌خوبی توصیف می‌کند

نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین آزمونی دیگر را با موفقیت پشت سر گذاشت و پژوهشی تازه با بررسی داده‌های سیاهچاله‌ی *M87 به‌عنوان نخستین سیاهچاله‌ای که از آن تصویربرداری شده بود، بار دیگر درستی آن را تأیید کرد.

بیشتر آنچه درباره‌ی سیاهچاله‌ها می‌دانیم بر اساس شواهد غیرمستقیم به‌دست آمده است. نسبیت عام، ساختار سیاهچاله و چگونگی حرکت ماده در اطراف آن را پیش‌بینی می‌کند و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای مبتنی بر نسبیت، با آنچه مشاهده می‌کنیم، مقایسه می‌شود. از قرص‌های برافزایشی که پیرامون یک سیاهچاله می‌چرخند گرفته تا جت‌های عظیم ماده که در سرعت‌های محدوده‌ی نسبیت منتشر می‌کنند.

در سال ۲۰۱۹ (فروردین ۱۳۹۸) ستاره‌شناسان رادیویی نخستین تصویر مستقیم از یک سیاهچاله‌ی بزرگ را در کهکشان M87 ثبت کردند. گزینه‌ای هیجان‌انگیز که به دانشمندان امکان می‌دهد بار دیگر نظریه‌ی نسبیت را با روشی تازه و جذاب بیازماید.

نسبیت عام اینشتین یک نظریه‌ی علمی قدرتمند است که آزمون‌های علمی بسیاری را پشت سر گذاشته است اما خالی از اشکال هم نیست. مهم‌تر از همه با تئوری علمی قوی دیگر، یعنی مکانیک کوانتوم مطابقت ندارد.

• نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین این بار در هسته‌ی ستارگان مرده تأیید شد

فیزیکدانان نظری چندین نظریه‌ی جایگزین برای نسبیت عام پیشنهاد کرده‌اند. این مدل‌ها فقط کمی با نظریه‌ی اینشتین متفاوت هستند و این موضوع آزمایش آن‌ها را دشوار می‌سازد. اما مقاله‌ی تازه‌ای که در نشریه‌ی Physical Review Letters منتشر شده، نشان می‌دهد که مشاهده‌های ما از سیاهچاله‌ی *M87 می‌تواند درباره‌ی این مدل‌های جایگزین به ما اطلاعات بیشتری بدهد.

درخشش حلقوی که در تصویر سیاهچاله‌ی *M87 دیده می‌شود ناشی از امواج رادیویی است که به دلیل گرانش سیاهچاله منحرف شده‌اند. این تصویر در اصل سایه‌ای از سیاهچاله با لبه‌های روشن و گذشته از لنز گرانشی است.

ایجاد سایه‌ی سیاهچاله بر اثر خم شدن نور در اطراف آن
Credit: Nicolle R. Fuller/NSF

نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین اندازه‌ی سایه را از طریق جرم سیاهچاله‌ی *M87 و مناطق تاریک و روشن حلقه که ناشی از چرخش سیاهچاله است، پیش‌بینی می‌کند و حتی در پژوهشی تازه نشان داده شده که با وجود لرزش سیاهچاله، قطر آن همچنان با نظریه‌ی نسبیت عام مطابقت دارد. اما نظریه‌های جایگزین مطرح شده، اندازه و شکل این حلقه را اندکی متفاوت پیش‌بینی می‌کنند. این تیم پژوهشی در داده‌های *M87 به دنبال بررسی دقیق‌تر این موضوع رفت.

هر جایگزین نسبیت عام، پیش‌بینی متفاوتی درباره‌ی شیوه‌ی رفتار گرانش در مناطق شدید اطراف سیاهچاله ارائه می‌دهد. اما برخی از این نظریات، تفاوت چشمگیری نسبت به بقیه دارند. تیم پژوهشی دریافت که اندازه‌ی مشاهده شده برای *M87 به این نظریه‌های دیگر فرصت کمی برای جایگزینی با نسبیت عام می‌دهد.

پیش از این رصدخانه‌های امواج گرانشی «لایگو» (LIGO) و «ویرگو» (VIRGO) صحت نظریه‌ی نسبیت عام را برای مناطق اطراف سیاهچاله‌هایی تا ۱۵۰ برابر جرم خورشید تأیید کرده‌اند. اما پژوهش تازه صحت این نظریه را برای سیاهچاله‌هایی تا ۵۰۰ برابر جرم خورشید نشان می‌دهد. این امر همچنین بدان معناست که اگر نظریه‌ی جایگزین صحیح باشد، اختلافات آن باید فقط در مناطق گرانشی بسیار شدید دیده شود. مناطقی که گرانش آن از مناطق اطراف بیشتر سیاهچاله‌ها قوی‌تر است.

بدین ترتیب نسبیت عام اینشتین از آزمونی دیگر هم سربلند بیرون آمد. به زودی ستاره‌شناسان تصویری مستقیم از سیاهچاله‌ی کهکشان خودمان را منتشر می‌کنند و با این تصویر دو احتمال وجود دارد؛ یا دامنه‌ی تأییدپذیری نظریه‌های جایگزین می‌تواند حتی محدودتر شود و یا شاید سایه‌ی فیزیک مدرن را از آنچه حتی اینشتین می‌توانست تصور کند، فراتر ببرد.

عکس کاور: طرحی شبیه‌سازی شده از سیاهچاله‌ی کهکشان M87

Credit: L. Medeiros; C. Chan; D. Psaltis; F. Özel; UArizona; IAS

منبع: Univeres Today