استفاده از پژواک نور برای یافتن سیاهچاله ها

فوتون‌هایی که با تلسکوپ‌هایمان می‌گیریم درباره سفرشان به ما می‌گویند. این امر به ویژه هنگامی که گرانش وارد عمل می شود صادق است، زیرا گرانش مسیر نور را خم می کند و منحرف می کند. در یک مطالعه اخیر، یک تیم به ما نشان می دهد که چگونه می توانیم از این واقعیت برای مطالعه بهتر سیاهچاله ها استفاده کنیم.

در نزدیکی یک سیاهچاله، شهود ما در مورد رفتار نور از بین می رود. به عنوان مثال، اگر یک فلاش نور را در فضای خالی تصور کنیم، می‌فهمیم که نور آن فلاش در همه جهات به بیرون منبسط می‌شود، مانند امواج روی یک حوض. اگر آن فلاش را از دور مشاهده کنیم، می دانیم که نور در یک خط مستقیم حرکت کرده است تا به ما برسد. این در نزدیکی سیاهچاله درست نیست.

گرانش سیاهچاله آنقدر شدید است که نور هرگز در یک خط مستقیم حرکت نمی کند. اگر در نزدیکی یک سیاهچاله فلاشی وجود داشته باشد، مقداری از نور مستقیماً به سمت ما می‌رود، اما مقداری از نور از ما دور می‌شود، فقط به صورت گرانشی در اطراف پشت سیاه‌چاله تابیده می‌شود تا در جهت ما حرکت کند. مقداری نور قبل از رسیدن به سیاهچاله یک حلقه کامل در اطراف سیاهچاله ایجاد می کند. یا دو حلقه، یا سه. با هر مسیر، نور مسافت متفاوتی را طی می کند تا به ما برسد و بنابراین در زمان متفاوتی به ما می رسد. به جای مشاهده یک فلاش، ما برای هر سفر، پژواک فلاش را می بینیم.

در اصل، از آنجایی که هر پژواک از یک مسیر متفاوت است، زمان بندی این پژواک ها به ما این امکان را می دهد که منطقه اطراف سیاهچاله را با وضوح بیشتری ترسیم کنیم. پژواک ها نه فقط جرم و چرخش سیاهچاله را به ما می گویند. آنها همچنین به ما این امکان را می دهند که محدودیت های نسبیت عام را آزمایش کنیم. تنها مشکل این است که با مشاهدات فعلی، پژواک ها با هم در داده ها شستشو می شوند. ما نمی توانیم پژواک های مختلف را تشخیص دهیم.

اینجاست که این مطالعه جدید وارد می شود. تیم پیشنهاد رصد یک سیاهچاله با دو تلسکوپ، یکی در زمین و دیگری در فضا را دارد. هر تلسکوپ دید کمی متفاوت از سیاهچاله خواهد داشت. از طریق تداخل سنجی پایه طولانی، دو مجموعه داده می توانند برای تشخیص پژواک ها با هم مرتبط شوند. این تیم در کار خود ده‌ها هزار شبیه‌سازی از پژواک نور از یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم شبیه به کهکشان M87 انجام داد. آنها نشان دادند که می توان از تداخل سنجی برای یافتن پژواک های نوری همبسته استفاده کرد.

ساخت چنین تداخل سنج چالش برانگیزی خواهد بود، اما در حد توانایی های مهندسی ما خواهد بود. شاید در آینده بتوانیم پژواک های نور را برای کشف سیاهچاله ها و برخی از عمیق ترین اسرار گرانش مشاهده کنیم.