فصلی تازه در دنیای نجوم: نخستین تصویر از سیاه چاله منتشر شد

برای نخستین بار در تاریخ، بشریت با تصویربرداری از یکی از عظیم‌ترین سیاه‌چاله‌های کیهان، به بینشی مستقیم از این ناحیه‌ی بیگانه از فضا – زمان دست یافته است. این رخداد منحصربه‌فرد، فصل تازه‌ای در تاریخ نجوم و اخترفیزیک گشوده است. شپر دولمن از مرکز اخترفیزیک هاروارد – اسمیتسونین امروز ۲۱ فروردین در جریان کنفرانسی خبری در کلوپ ملی مطبوعات در واشنگتن دی‌سی گفت:

ما چیزی را دیده‌ایم که پیش‌تر تصور می‌کردیم غیرقابل مشاهده است.

دولمن هدایت پروژه‌ی ایونت هورایزن تلسکوپ (EHT) را برعهده دارد که تصاویر تاریخی امروز به‌کمک آن به ثبت رسیده است. چهار تصویری که امروز در رویدادهای خبری سرتاسر جهان و در مجموعه‌ای از مقالات رونمایی شدند، طرحی کلی را از سیاه‌چاله‌ای غول‌آسا در قلب کهکشان بیضوی مسیه ۸۷ (Galaxy M87) ترسیم کرده‌اند.

این تصاویر به‌تنهایی و به‌اندازه‌ی کافی خیره‌کننده هستند؛‌ اما به‌گفته‌ی پژوهشگران، نتایج تازه‌ی منتشرشده نیز احتمالا چشم‌ها را بیش از این خیره خواهند کرد. پیتر گالیسون، استاد تمام فیزیک و تاریخ علم در هاروارد ماه گذشته درباره‌ی رویداد امروز گفت که «واقعا حوزه‌ی کاملا جدیدی برای اکتشاف وجود دارد».

تلسکوپی به اندازه زمین

آرایه میلی‌متری بزرگ آتاکاما در شیلی یکی از چندین تلسکوپ در سرتاسر جهان بود که در پروژه‌ی ایونت هورایزن تلسکوپ مشارکت داشت

ایونت هورایزن تلسکوپ، کنسرسیومی از بیش از ۲۰۰ دانشمند است که از دو دهه‌ی پیش تاکنون در حال همکاری با یکدیگر بوده‌اند. این همکاریِ به‌معنای واقعی کلمه بین‌المللی، از سوی بنیاد ملی علوم در ایالات متحده و بسیاری از دیگر سازمان‌ها در کشورهای سرتاسر دنیا پشتیبانی مالی شد. این پروژه (به فارسی: افق رویداد) نام خود را از نقطه‌ی مشهور و بدون بازگشتی در سیاه‌چاله گرفته است که حتی نور نیز نمی‌تواند از کشش گرانشی آن بگریزد.

اوی لوب، مدیر BHI و رئیس دپارتمان نجوم هاروارد به خبرگزاری اسپیس‌دات‌کام گفت:

افق رویداد، دیوار نهایی زندان است. به‌محض آنکه واردش شوید، هرگز امکان خروج نخواهید داشت.

از این‌رو، تصویربرداری از داخل سیاه‌چاله امکان‌پذیر نیست؛ مگرآنکه به نحوی بتوانید خود را به آنجا برسانید. بااین‌حال، خودتان و تصاویری که ثبت خواهید کرد، راهی به دنیای خارج نخواهند داشت. در نتیجه، تصاویر ایونت هورایزن تلسکوپ، با ثبت افق رویداد، هاله‌ی سیاه‌رنگ سیاه‌چاله را نمایش می‌دهد.

پروژه‌ی EHT به‌طور دقیق دو سیاه‌چاله را تحت بررسی قرار داده است. نخست، سیاه‌چاله‌ی غول‌پیکر کهکشان ام ۸۷ که ۶.۵ میلیارد برابر خورشید ما جرم دارد و همچنین سیاه‌چاله‌ی مرکزی کهکشان راه شیری خودمان که با عنوان کمان ای* (*Sagittarius A) شناخته می‌شود. پدیده‌ی دوم که خود سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم است، در مقایسه با غول ام ۸۷، کوتوله محسوب می‌شود و جرم آن در مقایسه با خورشید، تنها ۴.۳ میلیون برابر است.

هر دو پدیده‌ی یادشده به‌دلیل فاصله‌ی بی‌اندازه از زمین اهدافی دست‌نیافتنی به‌شمار می‌روند. کمان ای* ۲۶هزار سال نوری از ما فاصله دارد و نوری که از سیاه‌چاله‌ی ام ۸۷ به ما می‌رسد نیز متعلق به ۵۳.۵ میلیون سال پیش است. به‌گفته‌ی دولمن، از منظر ما، افق رویداد کمان ای* به‌قدری کوچک است که تماشای آن از زمین، معادل دیدن پرتقالی روی ماه یا مطالعه‌ی روزنامه‌ای در لس‌آنجلس از نیویورک است.

هیچ تلسکوپی از روی زمین به‌تنهایی نمی‌تواند افق رویداد سیاهچاله را رصد کند.؛ در نتیجه دولمن و سایر اعضای تیم EHT باید خلاقیت به خرج می‌دادند. آن‌ها در همین راستا، تلسکوپ‌های رادیویی مستقر در آریزونا، اسپانیا، مکزیک، جنوبگان و دیگر مکان‌های سرتاسر دنیا را به یکدیگر متصل کردند و ابزاری مجازی را هم‌اندازه‌ی زمین شکل دادند.

کلان‌داده

اینکه چرا انتشار نتایج دو سال زمان برده است، دلایل قابل قبولی دارد. به‌عنوان نمونه، هر شب از رصد نزدیک به یک پتابایت داده ایجاد می‌کرد؛ در نتیجه انتقال حجم عظیم داده‌ها از یک مکان به مکان دیگر به شیوه‌ی سنتی زمان‌بر بود. به‌گفته‌ی دیمیتروس سالتیس، دانشمند پروژه و استاد تمام نجوم در دانشگاه آریزونا، هیچ راهی برای انتقال این حجم از داده ازطریق اینترنت وجود ندارد. دانشمندان برای انتقال داده‌ها ناگزیر به جابجایی هارد درایوها از مکانی به مکان دیگر بودند.

این مشکل، تجزیه‌وتحلیل داده‌ها را پیچیده و آهسته می‌کرد. به‌عنوان مثال، امکان دسترسی به داده‌های به‌دست‌آمده از تلسکوپ EHT در نزدیکی قطب جنوب تا پیش از دسامبر ۲۰۱۷ وجود نداشت. علاوه‌بر این، به‌گفته‌ی دن مورونه، عضو شورای علمی EHT و دانشیار نجوم در دانشگاه آریزونا، هماهنگ‌سازی و کالیبره‌کردن داده‌ها نیز امر دشواری بود و اعضای تیم پژوهشی با توجه به ماهیت خطیر ماموریتشان، مراقبت فراوانی از آن‌ها به‌عمل آوردند. دولمن همچنین با اشاره به فیزیکدانان برجسته و پیش‌گام در شناخت سیاه‌چاله‌ها گفت:

ما هنگام کار روی پروژه، اغلب فکر می‌کردیم که افرادی نظیر [آلبرت] اینشتین، [آرتور] ادینگتون و [کارل] شوارتزشیلد، به‌نوعی با نگرانی نظاره‌گر کار ما هستند. [در نتیجه] وقتی خیال می‌کنید چنین افراد بزرگی کار شما را بررسی می‌کنند، واقعا می‌خواهید آن را به نحو احسن انجام دهید.

تصویری شبیه‌سازی‌شده به‌دست دانشمندان دانشگاه آریزونا که پلاسمای متلاطم را در محیط آشفته‌ی اطراف سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم نشان می‌دهد.

تمام این‌ها به چه معنا است؟

به‌گفته‌ی سالتیس، پروژه‌ی EHT دو هدف اصلی را دنبال می‌کرد: ثبت تصویری از افق رویداد سیاه‌چاله برای نخستین بار در تاریخ و کمک به یافتن پاسخ این پرسش که آیا تئوری نسبیت عام اینشتین به هیچ تجدیدنظری نیاز دارد یا خیر.

پیش از آنکه اینشتین تئوری مشهورش را ارائه کند، گرانش به‌طور کلی به‌عنوان نیرویی اسرارآمیز در دوردست درنظرگرفته می‌شد. اما نسبیت عام، گرانش را به‌عنوان نیرویی توصیف می‌کند که موجب خمیدگی فضا – زمان می‌شود؛ بدین معنا که اجرام بزرگی نظیر سیاره‌ها، ستارگان و سیاه‌چاله‌ها نوعی خمیدگی در ساختار فضا – زمان ایجاد می‌کنند. این خمیدگی به فرورفتگی تشک تختخواب بر اثر قرارگیری جسمی سنگین همچون توپ بولینگ شباهت دارد.

نسبیت عام در طول یک قرن گذشته بارها به‌دست دانشمندان آزموده و درستی آن در هر مرتبه اثبات شد. اما مشاهدات EHT، این تئوری را یک بار دیگر در قلمرویی کاملا متفاوت در بوته‌ی آزمایش قرار می‌دهد که ممکن است در آن، پیش‌بینی‌ها با واقعیت تطابق نداشته باشند. این بدین دلیل است که اخترشناسان می‌توانند اندازه و شکل یک افق رویداد را با استفاده از نسبیت عام محاسبه کنند.

به‌گفته‌ی سالتیس، اگر هاله‌ی رصدشده با شبیه‌سازی‌های مبتنی بر تئوری همخوانی داشته باشد؛ آن وقت می‌توان گفت که میراث اینشتین به‌طور صدرصد صحیح است. در غیر این صورت، دانشمندان باید تئوری او را اصلاح کنند تا با آزمایش‌ها سازگار شود. علم به همین شیوه تکامل پیدا می‌کند.

بااین‌حال، به‌گفته‌ی اعضای تیم ما امروز دریافتیم که دست‌کم در حال حاضر، هیچ نیازی به بازنگری و اصلاح وجود ندارد؛ زیرا مشاهدات سیاه‌چاله‌ی ام ۸۷ مطابق با نسبیت عام است. اوری برادویک از دانشگاه واترلو و مؤسسه فیزیک نظری پریمتر در کانادا در جریان کنفرانس خبری امروز گفت:

باید اذعان کنم از اینکه نتایج ما تا این حد با پیش‌بینی‌هایمان نزدیکی داشت، قدری شگفت‌زده شدم.

نگاهی تازه؟

به‌گفته‌ی هریسون، تماشای تصویری واقعی از سیاه‌چاله یا درهرصورت هاله‌ی آن، مقوله‌ای علمی تخیلی محسوب می‌شود. وی در ادامه افزود ما تنها نخستین تصاویر معدود این پروژه را مشاهده کرده‌ایم. «آن‌ها به تدریج بهبود خواهند یافت.»