آن حلقه نارنجیِ محو که سیاهچاله ابرپرجرم M87* را در فاصلهای حدود ۵۵ میلیون سال نوری نشان میداد، یکی از بزرگترین دستاوردهای تاریخ اخترشناسی به شمار میرفت: نخستین تأیید بصری مستقیم از وجود اجرامی آنچنان افراطی که حتی نور نیز نمیتواند از چنگ گرانش آنها بگریزد. سه سال بعد، تصویر دوم منتشر شد؛ این بار از قوس A*، سیاهچالهای که در مرکز کهکشان خودمان، راه شیری، کمین کرده است. هر دو تصویر میلیاردها نفر را در سراسر جهان مجذوب خود کرد و دریچهای کاملاً تازه به یک مرز علمی نو گشود.
با این حال، این تصاویر پیشگامانه تنها بخش کوچکی از واقعیت سیاهچالهها را آشکار کردند. آنها نماهایی دوبعدی بودند؛ تصاویری تخت از فیزیکی بسیار غنیتر که در اطراف افراطیترین چاههای گرانشی جهان در جریان است. درخشش حلقهمانند و شبیه دونات نشان میداد که پلاسماهای فوقداغ چگونه پیرامون سیاهچاله میچرخند، اما چیزی درباره چگونگی حرکت این مواد، نقش میدانهای مغناطیسی در هدایت انرژی به فوارههای عظیم، یا شیوه خمشدن خود فضا-زمان زیر چنین گرانش خارقالعادهای به ما نمیگفت. به بیان دیگر، آن تصاویر بیشتر شبیه یک عکس ثابت از صحنهای بسیار پویا بودند.
(اعتبار تصویر: همکاری تلسکوپ افق رویداد – EHT)
اکنون یک پروژه پژوهشی تازه با بودجهای حدود چهار میلیون پوند قصد دارد این وضعیت را بهطور بنیادی دگرگون کند. دکتر کازونوری آکییاما، که از همرهبران تیم تصویربرداری نخستین عکسهای سیاهچاله بود، با پروفسور ایو ویو از دانشگاه هریوت-وات همکاری میکند تا آنچه را «توموگرافی گرانشی پویا» مینامند، توسعه دهند. هدف آنها فراتر از ثبت تصاویر ثابت است؛ این گروه میخواهد فیلمهایی سهبعدی بسازد که نشان دهد پلاسما چگونه در گذر زمان پیرامون سیاهچالهها جریان مییابد و تکامل پیدا میکند.
تلسکوپ افق رویداد (Event Horizon Telescope) که نخستین تصاویر سیاهچاله را ثبت کرد، در واقع یک تلسکوپ واحد نیست. این سامانه با ترکیب دادههای تلسکوپهای رادیویی پراکنده در نقاط مختلف زمین کار میکند و عملاً یک تلسکوپ مجازی به اندازه کل زمین میسازد که قدرت تفکیک آن بینهایت بالاست. اما دادههایی که از چنین شبکهای به دست میآید، ناقص و پراکنده است و تبدیل آنها به تصاویری منسجم نیازمند الگوریتمهای محاسباتی بسیار پیشرفته است. دکتر آکییاما یکی از الگوریتمهای کلیدی تصویربرداری را برای همان تصاویر اولیه سیاهچاله توسعه داد. در سوی دیگر، پروفسور ویو از پیشگامان بهکارگیری روشهای هوش مصنوعی برای بازسازی تصاویر از دادههای تکهتکه است؛ روشهایی که امروزه در بسیاری از حوزههای علمی تحول ایجاد کردهاند.
(اعتبار تصویر: همکاری تلسکوپ افق رویداد – EHT)
پروژه جدید که «توموگراو» (TomoGrav) نام گرفته، قرار است پویاییهایی را آشکار کند که تاکنون از دید دانشمندان پنهان مانده بود. سیاهچالهها میچرخند و همین چرخش تعیین میکند چه مقدار انرژی میتوان از مادهای که به درون آنها فرو میریزد، استخراج کرد. این انرژی است که فوارههای عظیم و پرقدرتی را میسازد؛ فوارههایی که گاه هزاران سال نوری امتداد مییابند و نقش مهمی در شکلگیری و تکامل کهکشانها دارند. اخترشناسان میتوانند این فوارهها را مشاهده کنند، اما هنوز بهطور مستقیم نمیدانند چگونه به وجود میآیند.
نقشههای سهبعدی و زمانمند از میدانهای مغناطیسی و پلاسما در اطراف سیاهچالهها میتواند برای نخستین بار این فرایند را «در حال وقوع» نشان دهد. این نقشهها روشن خواهند کرد که چگونه مادهای که بهصورت مارپیچی به درون سیاهچاله سقوط میکند، میدانهای مغناطیسی قدرتمندی تولید میکند؛ میدانهایی که انرژی را به بیرون هدایت کرده و فوارههای کیهانی را شکل میدهند. چنین تصویری، درک ما از نقش سیاهچالهها در مقیاس کیهانی را به سطحی کاملاً تازه میرساند.
این پژوهش همچنین نوید سختگیرانهترین آزمونها از نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین را در شرایطی افراطی میدهد. تیم پژوهشی قرار است با مأموریت فضایی پیشنهادی «کاوشگر سیاهچاله» (Black Hole Explorer) همکاری کند؛ مأموریتی که هدف آن نقشهبرداری بسیار دقیق از «حلقههای فوتونی» است. این حلقهها از نوری تشکیل شدهاند که پیش از گریز، چندین بار به دور سیاهچاله چرخیده است. اندازهگیری دقیق این حلقهها امکان بررسی گرانش را در جایی فراهم میکند که فضا-زمان بیشترین خمیدگی را دارد.
اگر این پروژه موفق شود، دانشمندان نهتنها سیاهچالهها را خواهند دید، بلکه میتوانند رفتار آنها را در سه بُعد و در طول زمان دنبال کنند. چنین دستاوردی به معنای گذار از «عکس» به «فیلم» در اخترشناسی سیاهچالههاست؛ گذاری که میتواند بسیاری از پرسشهای بنیادین درباره ماهیت گرانش، انرژی و ساختار جهان را پاسخ دهد. آنچه در سال ۲۰۱۹ بهعنوان یک تصویر محو اما تاریخی آغاز شد، اکنون در آستانه تبدیل شدن به روایتی زنده و پویا از یکی از رازآلودترین پدیدههای کیهان است.
