انتشار نخستین تصویر سیاه چاله در قالب یک ویدئو

 اولین تصویر تاریخی از سیاه‌چاله که سال گذشته منتشر شد، حالا به ویدئو تبدیل شده است. توالی کوتاه فریم‌ها، تغییرات ظاهری محیط اطراف سیاه‌چاله و تأثیر جاذبه بر مواد اطراف را در طول چندین سال نشان می‌دهد.

تصاویر، توده‌ی نامتوازنی از نورهای چرخان اطراف سیاه‌چاله‌ای غول‌آسا را در مرکز کهکشان M87 نشان می‌دهند. تلسکوپ ایونت هرایزن (EHT که شامل آرایه‌ای عظیم از رصدخانه‌های سراسر دنیا است) برای تولید این تصاویر، داده‌های قبلی سیاه‌چاله را با مدلی ریاضی، بر اساس تصویر سیاه‌چاله در آوریل ۲۰۱۹ ترکیب کرد تا تکامل محیط اطراف سیاه‌چاله را در طول هشت سال نشان دهد.

گرچه تولید این توالی تا اندازه‌ای بر اساس حدس و گمان است، نتایج به‌دست‌آمده، دیدگاه‌های خوبی را درباره‌ی رفتار سیاه‌چاله‌ها و گرانش آن‌ها ارائه دادند که نور و ماده‌ی اطراف خود را جذب می‌کنند. به‌گفته‌ی ماسیک ویلگوس، مؤلف ارشد پژوهش و ستاره‌شناس رادیویی دانشگاه هاروارد کمبریج:

ازآنجاکه سقوط جریان ماده در سیاه‌چاله متلاطم است، می‌توانیم نوسان حلقه‌های اطراف سیاه چاله را به مرور زمان رصد کنیم.

سال گذشته، اولین تصویر سیاه‌چاله به تیتر اول اخبار سراسر جهان تبدیل شد. این تصویر، سیاه‌چاله‌ی غول‌آسای M87* را در مرکز کهکشان M87 نشان می‌داد که تقریبا ۵۵ میلیون سال نوری با زمین فاصله دارد. پژوهشگرها تصویر را با ترکیب سیگنال‌های رادیویی بازسازی کردند که در آوریل ۲۰۱۷ و در مدت زمان دو شب از رصدخانه‌های سراسر زمین جمع‌آوری شده بود.

با اینکه تصویر به‌دست‌آمده مات بود، با پیش‌بینی‌های نظریه‌ی نسبیت عامل آلبرت اینشتین درباره‌ی اطراف سیاه‌چاله کاملا منطبق بود. این تصویر، شواهدی از افق رویداد سیاه‌چاله را دراختیار ستاره‌شناسان قرار داد. افق رویداد، به نقطه‌ی بی‌بازگشت سیاه‌چاله گفته می‌شود که آن را از محیط اطرافش جدا می‌کند. این دیسک تاریک در مقابل حلقه‌ای از نور قرار دارد که از ماده‌ی داغ خارج از افق رویداد سرچشمه می‌گیرد.

در تصاویر، بخشی از دیسک سیاه‌چاله، درخشان‌تر ظاهر شد. دلیل این پدیده، ترکیبی از جلوه‌های متغیرهای پیچیده‌ی اطراف سیاه‌چاله بود. ماده‌ای که در حفره‌‌ی سیاه‌چاله سقوط می‌کند، مارپیچی پرسرعت را خارج از استوای سیاه‌چاله ایجاد می‌کند که اخترفیزیک‌دان‌ها به آن قرص برافزایشی می‌گویند. ظاهر نامتوازن سیاه‌چاله تا اندازه‌ای به اثر داپلر بستگی دارد: بخشی از دیسک به سمت دید ناظر می‌چرخد، حرکت ماده منجر به افزایش تشعشعات شده و درخشش را بالا می‌برد. عکس این فرایند برای آن سوی سیاه‌چاله که از دید ناظر دورتر است، رخ می‌دهد.

ویلگوس بر اساس نتایج قبلی به بررسی و بازنگری داده‌های قبلی تلسکوپ‌های EHT پرداخت و از تصاویر سال ۲۰۱۷ به‌عنوان راهنما استفاده کرد. EHT از سال ۲۰۰۹ رصد M87* را با سه تلسکوپ در سه موقعیت مکانی مختلف آغاز کرد. با افزودن رصدخانه‌های بیشتر به شبکه‌ی EHT، کیفیت رصدها بهبود یافت. در سال ۲۰۱۷، مجموعه‌‌ی آرایه‌ی EHT شامل هشت رصدخانه از هاوایی و شیلی تا اروپا، برای اولین‌بار به سطح تولید تصویری واقعی رسید.

داده‌های قدیمی در چهار گروه و در سال‌های ۲۰۰۹، ۲۰۱۱، ۲۰۱۲ و ۲۰۱۳ جمع‌آوری شدند. دو دسته از داده‌ها هنوز منتشر نشده‌اند. به‌گفته‌ی ویلگوس: «این داده‌ها تا اندازه‌ای فراموش شدند؛ زیرا همه از داده‌های ۲۰۱۷ هیجان زده بودند.» ویلگوس همراه‌با گروهی از دیگر پژوهشگران EHT به تحلیل مجدد داده‌ها پرداخت و به انطباق آن‌ها با داده‌های سال ۲۰۱۷ از جمله وجود قرص تاریک و حلقه‌ی درخشان پی برد. اگرچه داده‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳، از دقت کافی برای تولید تصاویر برخوردار نبودند، پژوهشگرها با ترکیب داده‌های محدود و مدل‌های ریاضی سیاه‌چاله که از سال ۲۰۱۷ به‌دست آمده بودند، به تصاویر ترکیبی رسیدند.

به این ترتیب، نتایج فراتر از انتظار ظاهر شدند. درست مانند داده‌های سال ۲۰۱۷، بخشی از حلقه درخشان‌تر از بخش دیگر بود؛ اما نقطه‌ی درخشان جابه‌جا شده بود. دلیل این مسئله نوسان‌های درخشش قرص برافزایشی بود.

به گفته‌ی پژوهشگرها، گرچه سیاه‌چاله‌ی M87* ثابت است، محیط اطراف آن هر سال تغییر می‌کند. در مقیاس چند هفته‌ای، میدان‌های مغناطیسی قوی دورتا دور قرص برافزایشی حرکت می‌کنند و نقاط داغ‌تری را به وجود می‌آورند که در مدار سیاه‌چاله می‌چرخند. در سال ۲۰۱۸، تیمی مجزا در بازه‌ی یک ساعته از توده‌ی گازی داغی در اطراف سیاه‌چاله‌ی ساگیتاریوس A* خبر دادند. این سیاه‌چاله در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد. ازآنجاکه جرم سیاه‌چاله‌ی M87* برابر با ۶/۵ میلیارد جرم خورشیدی است، اندازه‌ی آن هم ۱۰۰۰ برابر بیشتر از ساگیتاریوس A* است درنتیجه تغییرات اطراف آن در بازه‌ی طولانی‌تری رخ می‌دهند.

تیم EHT همچنین به‌دنبال استفاده از پرتوهای طول موج کوتاه‌تر در کمپین رصد سال آینده است. گرچه این روش برای رصد از جو زمین دشوارتر است، می‌تواند دقت تصاویر EHT را افزایش دهد. به گفته‌ی سارا اسیائون، یکی از اعضای EHT و ستاره‌شناس رادیویی دانشگاه رادبود هلند:‌ «می‌توانیم با این روش به سایه‌‌ی سیاه‌چاله‌ نزدیک‌تر شویم و تصاویر واضح‌تری را ثبت کنیم».