تلسکوپ سیاه چاله: ثبت مشاهدات از عمق آسمان به سطح زمین

این یک دستاورد است که تصاویر حتی تماشایی تری از سیاهچاله های کلان پرجرم را در اختیار ما قرار می دهد و پیشرفت هایی را در آینده ارائه می دهد که ۵۰ درصد جزئیات بیشتری نسبت به تصاویر به دست آمده تا به امروز دارند – تصاویر M87*، سیاهچاله ای عظیم در فاصله ۵۵ میلیون سال نوری، و Sagittarius A* (Sgr A*)، سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان خودمان است.

رصدهای جدید که تنها با استفاده از تعداد کمی از تلسکوپ‌هایی که آرایه تلسکوپ افق رویداد (EHT) را تشکیل می‌دهند، گرفته شده‌اند، هیچ تصویر جدیدی به دست نیاورده‌اند. برای آن، قدرت کامل کل آرایه مورد نیاز است.

اما این آزمایش موفق شد جهان را با بهترین وضوحی که تا به حال از سطح زمین به دست آمده است، مشاهده کند و نور مادون قرمز بسیار دور را با فرکانس نسبتاً بالاتر ۳۴۵ گیگاهرتز، که طول موج آن تنها ۰.۸۷ میلی متر است، شناسایی کند.

با EHT، ما اولین تصاویر سیاهچاله ها را با استفاده از مشاهدات با طول موج ۱.۳ میلی متری دیدیم، اما حلقه درخشانی که دیدیم، که از خم شدن نور در گرانش سیاهچاله تشکیل شده بود، همچنان تار به نظر می رسید، زیرا ما در محدودیت های مطلق بودیم. الکساندر ریموند اخترفیزیکدان از آزمایشگاه رانش جت ناسا می گوید: ما می توانیم تصاویر را واضح بسازیم.

در ۰.۸۷ میلی‌متر، تصاویر ما واضح‌تر و دقیق‌تر خواهند بود، که به نوبه خود احتمالاً ویژگی‌های جدیدی را نشان می‌دهد، هم آنهایی که قبلاً پیش‌بینی شده بودند و هم شاید برخی از آنها که پیش‌بینی نشده بودند.

تصاویر M87* و Sgr A* محصول تکنیکی به نام تداخل سنجی خط پایه بسیار طولانی یا VLBI هستند که نه یک، بلکه تعداد زیادی آرایه تلسکوپ رادیویی در سراسر جهان را شامل می شود که همه با هم با دقت هماهنگ کار می کنند.

ترکیب آرایه‌های متعدد به‌طور مؤثر منجر به ایجاد منطقه‌ای به اندازه زمین می‌شود. هر چه تعداد آنتن‌های تلسکوپ بیشتر باشد، داده‌های به دست آمده با جزئیات بیشتری خواهند داشت. اما با این تعداد تلسکوپ، داده‌های زیادی وجود دارد – مرتب‌سازی، تجزیه و تحلیل و پردازش آن‌ها برای تولید تصویری از افق رویداد سیاه‌چاله یک کار بزرگ است. بین جمع‌آوری داده‌ها و تجزیه و تحلیل و پردازش، هر تصویر به تعهد، زمان و کار نیاز دارد.

با این وجود، خود تصاویر هنوز کاملا تار هستند و تنها دو راه برای بهبود وضوح وجود دارد. اولین مورد افزایش اندازه تلسکوپ است. این اتفاق با عجله نمی افتد – EHT در حال حاضر به اندازه زمین است. دیگری مشاهده با فرکانس بالاتر است.

این گزینه دوم بسیار قابل دسترس تر است، اما بدون چالش نیست. به عنوان مثال، بخار آب امواج را در ۰.۸۷ میلی متر بسیار بیشتر از ۱.۳ میلی متر جذب می کند و در نتیجه کدورت جوی بسیار بالاتری در آن طول موج ایجاد می کند. رصدهای ۰.۸۷ میلی متری قبلی به استفاده از تلسکوپ فضایی نیاز داشت که منطقه جمع آوری EHT به اندازه زمین را ندارد.

همکاری EHT راهی برای تصحیح اثرات بخار آب در جو ایجاد کرده است که کارایی آرایه را بهبود می بخشد و اجازه می دهد تا مشاهدات ۰.۸۷ میلی متری از سطح زمین گرفته شود.

مشاهدات جدید وضوحی معادل رصد یک درپوش بطری در ماه از زمین را نوید می دهند، به این معنی که ممکن است بتوانیم سیاهچاله های کلان جرم کوچکتر، کم نورتر و دورتر را ببینیم.

مشاهدات همچنین بدین معناست که به زودی می‌توانیم با تصویربرداری همزمان در هر دو طول موج ۱.۳ میلی‌متری و ۰.۸۷ میلی‌متری، نماهای چند رنگی از مواد داغ و چرخان را که در اطراف این غول‌های کیهانی می‌چرخند ببینیم.

شپرد «شپ» دولمن، اخترفیزیکدان از مرکز اخترفیزیک هاروارد و اسمیتسونیان و رصدخانه اخترفیزیک اسمیتسونیان، می‌گوید: برای درک اینکه چرا این یک پیشرفت است، جزئیات بیشتری را که هنگام تغییر از عکس‌های سیاه و سفید به رنگی به دست می‌آورید، در نظر بگیرید.

این «دید رنگی» جدید به ما اجازه می‌دهد تا اثرات گرانش انیشتین را از گاز داغ و میدان‌های مغناطیسی که سیاهچاله‌ها را تغذیه می‌کنند و جت‌های قدرتمندی را که در فواصل کهکشانی جریان دارند، جدا کنیم.

ما به یادگیری بیشتر درباره سیاهچاله‌ها بسیار نزدیک شده‌ایم. این فضا را زیر نظر داشته باشید – علم حماسی در آستانه افق رویداد در انتظار است.

این تحقیق در مجله Astronomical منتشر شده است.