مطالعه ثابت می‌کند که سیاه‌چاله‌ها یک «منطقه در حال فرو رفتن» دارند، درست همانطور که انیشتین پیش‌بینی کرده بود

آلبرت انیشتین درست می‌گفت: منطقه‌ای در لبه سیاهچاله‌ها وجود دارد که ماده دیگر نمی‌تواند در مدار بماند و در عوض، همانطور که توسط نظریه گرانش او پیش‌بینی می‌شود، در آن سقوط می‌کند.

تیمی از اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ‌هایی که قادر به تشخیص پرتوهای ایکس هستند، برای اولین بار این منطقه – به نام «منطقه غوطه‌ور» – را در سیاه‌چاله‌ای در فاصله ۱۰۰۰۰ سال نوری از زمین مشاهده کردند. اندرو مومری، دانشمند پژوهشی، نویسنده اصلی این مطالعه که پنجشنبه در مجله Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شد، گفت: «ما این منطقه را نادیده می‌گیریم، زیرا داده‌ها را در اختیار نداشتیم. اما اکنون که این کار را انجام می دهیم، نمی توانیم آن را به طریق دیگری توضیح دهیم.

این اولین بار نیست که سیاهچاله ها به تایید نظریه بزرگ انیشتین کمک می کنند، که به عنوان نسبیت عام نیز شناخته می شود. اولین عکس از یک سیاهچاله که در سال ۲۰۱۹ ثبت شد، قبلاً این فرضیه اصلی فیزیکدان انقلابی را تقویت کرده بود که گرانش فقط ماده ای است که بافت فضا-زمان را خم می کند.

بسیاری از پیش‌بینی‌های دیگر اینشتین در طول سال‌ها درست از آب درآمده‌اند، از جمله امواج گرانشی و محدودیت سرعت جهانی. مومری، یکی از همکاران Leverhulme-Peierls در دپارتمان فیزیک دانشگاه آکسفورد در بریتانیا، می‌گوید: «او در این مرحله مرد سختی است که می‌توان با او شرط‌بندی کرد.

‘ما به طور خاص برای این مورد جستجو کردیم – این همیشه برنامه بود. مامری گفت: ما در مورد اینکه آیا می‌توانیم آن را برای مدت طولانی پیدا کنیم یا نه بحث کرده‌ایم. ‘مردم گفتند غیرممکن است، بنابراین تأیید وجود آن واقعاً هیجان انگیز است.’

مثل لبه آبشار

سیاهچاله مشاهده شده در منظومه ای به نام MAXI J1820 + ۰۷۰ قرار دارد که از ستاره ای کوچکتر از خورشید و خود سیاهچاله تشکیل شده است که جرم آن بین ۷ تا ۸ خورشیدی تخمین زده می شود. اخترشناسان از تلسکوپ‌های فضایی NuSTAR و NICER ناسا برای جمع‌آوری داده‌ها و درک چگونگی مکیده شدن گاز داغ به نام پلاسما از ستاره به سیاه‌چاله استفاده کردند.

NuSTAR مخفف آرایه تلسکوپ طیف‌سنجی هسته‌ای است که به دور زمین می‌چرخد و NICER که به طور رسمی به عنوان کاوشگر ترکیب داخلی ستاره نوترونی شناخته می‌شود، در ایستگاه فضایی بین‌المللی قرار دارد.

مومری گفت: ‘در اطراف این سیاهچاله ها دیسک های بزرگی از مواد در حال چرخش (از ستارگان نزدیک) وجود دارد. ‘بیشتر آن پایدار است، به این معنی که می تواند با خوشحالی جریان یابد. این مانند یک رودخانه است، در حالی که منطقه غوطه ور مانند لبه یک آبشار است – تمام پشتیبانی شما از بین رفته است و شما فقط با یک سر تصادف می کنید. بیشتر چیزی که می توانید ببینید رودخانه است، اما این منطقه کوچک در انتهای آن وجود دارد، که اساساً همان چیزی است که ما پیدا کردیم. ‘آبشار.’

برخلاف افق رویداد که به مرکز سیاهچاله نزدیک‌تر است و اجازه نمی‌دهد چیزی از جمله نور و تشعشع از آن فرار کند، در «منطقه غوطه‌ور» نور همچنان می‌تواند فرار کند، اما ماده توسط کشش گرانشی قدرتمند، مومری، محکوم به فناست. توضیح داد.

یافته های این مطالعه می تواند به اخترشناسان کمک کند تا شکل گیری و تکامل سیاهچاله ها را بهتر درک کنند. مامری گفت: «ما واقعاً می‌توانیم با مطالعه این منطقه در مورد آنها بیاموزیم، زیرا درست در لبه است، بنابراین بیشترین اطلاعات را به ما می‌دهد.

یکی از مواردی که در این مطالعه گم شده است، تصویر واقعی سیاهچاله است، زیرا بسیار کوچک و دور است. اما تیم دیگری از محققان آکسفورد روی چیزی بهتر از یک تصویر کار می کنند: اولین فیلم از یک سیاهچاله. برای دستیابی به این هدف، تیم ابتدا باید یک رصدخانه جدید به نام تلسکوپ میلی متری آفریقا در نامیبیا بسازد که مومری انتظار دارد ظرف یک دهه آینده آنلاین شود. این تلسکوپ که به همکاری بین‌المللی تلسکوپ افق رویداد که تصویر پیشگامانه ۲۰۱۹ از سیاهچاله را ثبت کرد، خواهد پیوست، دانشمندان را قادر می‌سازد تا سیاهچاله‌های بزرگ را در مرکز کهکشان راه شیری و فراتر از آن رصد و فیلم‌برداری کنند.

پیوندی به گذشته

به گفته کریستوفر رینولدز، استاد نجوم در دانشگاه مریلند، کالج پارک، یافتن شواهد واقعی برای ‘منطقه غوطه‌ور’ گام مهمی است که به دانشمندان اجازه می‌دهد تا مدل‌هایی را برای نحوه رفتار ماده در اطراف سیاه‌چاله به‌طور قابل توجهی اصلاح کنند. رینولدز که در این مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید: «برای مثال، می‌توان از آن برای اندازه‌گیری سرعت چرخش سیاه‌چاله استفاده کرد.

دن ویلکینز، دانشمند محقق در دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا، آن را یک پیشرفت هیجان انگیز می نامد و اشاره می کند که در سال ۲۰۱۸ یک طغیان نور بسیار درخشان از یکی از سیاهچاله های کهکشان ما، همراه با پرتوهای ایکس پرانرژی بیش از حد وجود داشت.

ویلکینز، که همچنین درگیر این موضوع نبود، گفت: «ما در آن زمان فرض کرده بودیم که این مازاد از مواد داغ در «منطقه غوطه‌ور» است، اما پیش‌بینی نظری کاملی از اینکه این انتشار چگونه خواهد بود، نداشتیم.

ویلکینز گفت: “این اولین فضای اکتشاف در دهه آینده یا بیشتر خواهد بود، زیرا ما به نسل بعدی تلسکوپ های اشعه ایکس نگاه می کنیم که اندازه گیری های دقیق تری از درونی ترین مناطق درست خارج از افق رویداد سیاهچاله ها را به ما می دهد.”