سالهاست که تلسکوپ افق رویداد (EHT) تلاش میکند اولین تصویر تلسکوپی از افق رویداد یک سیاهچاله را ثبت کند.
با وجود محبوبیت زیاد سیاهچالهها در تخیل عمومی، ما هرگز آنها را بهطور مستقیم ندیدهایم. دلیل این موضوع هم به طرز خندهداری ساده است: سیاهچالهها اساساً نامرئیاند! کشش گرانشی آنها آنقدر شدید است که از یک نقطه مشخص به بعد، هیچچیزی قادر به فرار نیست، حتی امواج الکترومغناطیسی مانند پرتو ایکس، نور فروسرخ، نور مرئی و امواج رادیویی که میتوانند ما را در تشخیص مستقیم این اجرام یاری کنند.
این نقطه بدون بازگشت، «افق رویداد» نام دارد. این منطقه نهتنها مکان ترسناکی است که هرگز نباید در آن قرار بگیرید، بلکه کلیدی است برای مشاهده غیرمستقیم سیاهچالهها. ممکن است نتوانیم خود سیاهچاله را ببینیم، اما این احتمال وجود دارد که بتوانیم افق رویداد آن را ثبت کنیم. و اکنون، به لطف تلسکوپ افق رویداد (EHT)، بیش از هر زمان دیگری به دیدن این تصویر نزدیک شدهایم. هر لحظه ممکن است این نتایج بهطور رسمی اعلام شوند.
بهروزرسانی (۱۶ فروردین ۱۳۹۸): بهنظر میرسد آن روز سرانجام فرا رسیده است! در ۲۱ فروردین ۱۳۹۸، تیم پروژه EHT و سازمانهای همکار، نتایجی را منتشر خواهند کرد که آن را «تحولی عظیم» توصیف کردهاند، و ما این رویداد را بهطور زنده پوشش خواهیم داد.
اما مدتها پیش از EHT، اخترفیزیکدانی به نام ژان-پیر لومینه وجود داشت. او در سال ۱۳۵۷، تصویری ارائه داد که میتوان آن را نخستین بازنمایی افق رویداد یک سیاهچاله دانست. البته این تصویر یک عکس واقعی نبود. لومینه، که در ریاضیات تخصص داشت، اولین شبیهسازی رایانهای از ظاهر یک سیاهچاله را برای یک ناظر انجام داد. او برای این کار از یک رایانه قدیمی IBM 7040 که با کارتهای پانچ دهه ۱۳۳۹کار میکرد، استفاده کرد.
لومینه در مصاحبهای گفت:
“در آن زمان، این موضوعی بسیار عجیب بود و بیشتر اخترشناسان اصلاً به وجود سیاهچالهها باور نداشتند. من میخواستم فیزیک شگفتانگیز سیاهچالهها را بررسی کنم و مکانیسمهایی را پیشنهاد دهم که بتوانند بهطور غیرمستقیم، وجود آنها را نشان دهند. همچنین، از نظر یک بازی زبانی، با توجه به نام خودم «لومینه» (که از نظر لغوی با نور مرتبط است)، علاقه داشتم بفهمم که چگونه یک ستاره کاملاً تاریک میتواند پدیدههای قابل مشاهدهای ایجاد کند.”
لومینه دادههایی را که رایانه تولید کرده بود، بهصورت دستی و با استفاده از قلم و جوهر هندی روی کاغذ نگاتیو رسم کرد، گویی که خودش یک چاپگر انسانی بود. تصویر تار و مبهمی که او ایجاد کرد، نشان میدهد که اگر در نزدیکی یک سیاهچاله باشیم، صفحهای از مواد در حال سقوط به درون آن چگونه بهنظر میرسد. این صفحه تخت نیست، زیرا جاذبه شدید سیاهچاله، نور را در اطراف خود خم میکند.
لومینه توضیح داد:
“میدان گرانشی، مسیر پرتوهای نور را آنقدر خم میکند که بخش پشتی دیسک آشکار میشود. این خمیدگی همچنین یک تصویر ثانویه ایجاد میکند که به ما امکان میدهد سمت دیگر دیسک برافزایشی را ببینیم، حتی اگر این سمت از دید ما پنهان باشد.”
لومینه اولین کسی بود که چنین تصویری را ارائه داد، اما تنها کسی نبود که شیفته این معما شد. از آن زمان، دانشمندان بسیاری تلاش کردهاند تا ظاهر یک سیاهچاله را تجسم کنند. حتی این تلاشها به دنیای سینما نیز راه یافته است.
فیلم Interstellar ساخته کریستوفر نولان در سال ۱۳۹۳ به دلیل نمایش «علمی و دقیق» از سیاهچالهها مورد تحسین قرار گرفت. این بازنمایی، تا حد زیادی مبتنی بر کارهای دههها قبل لومینه بود و با مشاورهی فیزیکدان نظری، کیپ تورن از مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) ساخته شد.
در نهایت، فیلم نسخهای سادهشده از سیاهچاله را نمایش داد تا هم کمتر گیجکننده باشد و هم در صفحهنمایش زیباتر بهنظر برسد. این تصویر قطعاً چشمگیر بود، اما به گفته هم لومینه و هم تورن، این واقعاً نمایی دقیق از یک سیاهچاله نیست.
تصاویر اولیه و ثانویهای که بر اثر میدان گرانشی ایجاد میشوند، در فیلم وجود دارند، اما برخلاف شبیهسازی لومینه، درخشندگی دیسک برافزایشی در فیلم بهطور یکنواخت نمایش داده شده است.
لومینه در مقالهای نوشت:
“دقیقاً این عدم تقارن شدید در میزان روشنایی، مهمترین نشانه یک سیاهچاله است. این تنها جرم آسمانی است که میتواند بخشهای داخلی دیسک برافزایشی را تا نزدیکی سرعت نور به گردش درآورد و یک اثر داپلر بسیار قوی ایجاد کند.”
او مقالهای ۱۵ صفحهای درباره فیزیک فیلم Interstellar نوشت و کیپ تورن نیز یک کتاب کامل درباره این موضوع منتشر کرد.
شاید متوجه شده باشید که انواع مختلفی از تصاویر سیاهچالهها وجود دارند، مانند آنچه که در کشف LIGO در سال ۱۳۹۴ دیده شد. این تصاویر بر اساس کار آلن ریاژوئلو، اخترفیزیکدان مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه (CNRS) و اتحادیه بینالمللی نجوم ساخته شدهاند.
دلیل تفاوت این تصاویر این است که در این مورد، یک سیاهچاله آرام (بدون دیسک برافزایشی) نمایش داده شده است. در نبود آن پوشش گازی و غباری، گرانش سیاهچاله باعث خمیدگی فضای پشت آن میشود. اگر ما در نزدیکی چنین سیاهچالهای قرار داشتیم، تحت تأثیر گرانش آن، در حال چرخش به دورش بودیم. به همین دلیل، بهنظر میرسد که در میان ستارگان در حال حرکت است.
در مورد دو سیاهچالهای که در ویدیوی LIGO مشاهده شدند، هر یک دارای تصویری ثانویهی موزیشکل از دیگری بودند که در پشت آنها ظاهر میشد. (واقعاً گرانش شگفتانگیز است!)
تلسکوپ افق رویداد (EHT) تاکنون بر روی *کمان ای (Sagittarius A*)**، سیاهچاله کلانجرم مرکز کهکشان راه شیری، متمرکز بوده است.
ما نمیدانیم چه چیزی خواهیم دید؛ ممکن است دادهها تنها چند پیکسل تار به ما بدهند. (در این صورت، تلسکوپهای بیشتری به همکاری خواهند پیوست و دانشمندان دوباره تلاش خواهند کرد.)
با توجه به اینکه سیاهچاله در زمان رصد دارای دیسک برافزایشی بوده است، انتظار داریم تصویری شبیه به کار لومینه ببینیم.
علاوه بر این، همکاری EHT ممکن است به ما در درک بهتر قطبش تابش، ساختار میدان مغناطیسی و فوارههای نسبیتی سیاهچاله کمک کند. این پروژه تاکنون سرنخهایی درباره ساختار فضا در اطراف سیاهچاله ارائه داده است.
اما هیجانانگیزترین بخش کار EHT چیست؟
در این مورد، کاملاً با لومینه همعقیدهایم:
“عکس دیسک برافزایشی!”
و ما بیصبرانه منتظریم.
