نخستین تصویر از سیاه‌چاله کلان‌جرم واقع در قلب راه شیری منتشر شد
دانشمندان موفق شده‌اند برای دومین بار از سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم عکس‌برداری و این مرتبه سیاه‌چاله‌ای را رصد کنند که در فاصله‌ای نسبتاً نزدیک‌تر به ما قرار دارد. امروز پژوهشگرانی که در پروژه تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT) همکاری می‌کنند، تصویری از کمان ای* (*Sagittarius A)، سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم واقع در مرکز کهکشان راه شیری خودمان را منتشر کردند.
یافته‌ی علمی معرفی‌شده در عصر امروز، حاصل پروژه‌ای است که در سال ۲۰۱۹ تاریخ‌ساز شد: وقتی دانشمندان نخستین تصویر ثبت‌شده از سیاه‌چاله را منتشر کردند. آن تصویر تار و نارنجی‌رنگ نمادین، سیاه‌چاله کلان‌جرم واقع در قلب کهکشان مسیه ۸۷ را نشان داد که در فاصله‌ی ۵۵ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد. این کشف بی‌سابقه به دانشمندان کمک کرد تا شکل دایره‌ای این اجرام را اثبات کنند و بر نظریه‌ی نسبیت عام انیشتین که وجود سیاه‌چاله‌ها را پیش‌بینی کرده بود، مهر تأیید بزنند.
اکنون تیم پژوهشی با تصویری دیگر از سیاه‌چاله‌ای بازگشته‌اند که در محله‌ی کیهانی خودمان واقع است. کمان ای* با فاصله‌ی تقریباً ۲۶ هزار سال نوری از زمین تقریباً چهارمیلیون برابر خورشید ما جرم دارد. دانشمندان براساس چگونگی حرکت اجرام پیرامون سیاه‌چاله، وجود آن را از دهه‌ها پیش در مرکز کهکشانمان استنباط کرده‌اند. بااین‌حال، این نخستین‌بار است که تصویری مستقیم از ناحیه‌ی مرکزی تاریک سیاه‌چاله یا «سایه» دراختیار داریم.
دومین سیاه‌چاله عکس‌برداری‌شده در محله‌ی کیهانی خودمان قرار دارد
فریال یوزل، اخترشناس در دانشگاه آریزونا و عضو تیم تلسکوپ ایونت هورایزن، در کنفرانس خبری امروز گفت: «تاکنون، تصویر مستقیمی نداشتیم که تأیید کند کمان ای* واقعاً سیاه‌چاله است. این عکس حلقه‌ای درخشان را نشان می‌دهد که تاریکی را احاطه کرده است؛ نشانه‌ای واضح از سایه‌ی سیاه‌چاله.»
دانشمندان با هر تصویر جدید از سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم، قدری بیشتر درباره‌ی این اجرام رازآلود می‌آموزند. مردیث کلارک پاول، پژوهشگر سیاه‌چاله در دانشگاه استنفورد، به خبرگزاری ورج گفت: «واقعاً نمی‌دانیم این سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم چگونه تشکیل یا این چنین بزرگ شدند؛ درنتیجه‌ی مطالعه‌ی آن‌ها، حوزه‌ی پژوهشی بسیار فعالی محسوب می‌شود.»
مقایسه‌ی فاصله‌ی سیاه‌چاله مسیه ۸۷ و کمان ای*.
اگر بخواهیم دقیق‌تر باشیم، هیچ‌کس نمی‌تواند به‌طور مستقیم تصویر سیاه‌چاله را ثبت کند. سیاه‌چاله‌ها بنا به ماهیتشان مشاهده‌پذیر نیستند؛ زیرا این اجرام چنان عظیم هستند که هیچ‌چیز حتی نور توان گریختن از کشش گرانشی آن‌ها را ندارد. درعوض، می‌توانیم از سایه‌ی سیاه‌چاله عکس‌برداری کنیم.
اگر سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم در احاطه‌ی قرصی چرخان از گاز و غبار باشد، آن مواد درخشان خواهند شد؛ زیرا گاز و غبار دراثر کشش گرانشی قدرتمند چاله‌ی مجاور سرعت می‌گیرند و گرم می‌شوند. آنچه ایونت هورایزن درواقع ثبت کرده، سایه‌ی سیاه‌چاله در پس‌زمینه‌ی آن گاز و غبار درخشان است.
برای عکس‌برداری از سیاه‌چاله به تلسکوپی به‌اندازه‌ی سیاره زمین نیاز است
بااین‌حال، تصویربرداری از سایه‌ی سیاه‌چاله‌ها کار ساده‌ای نیست. به‌نقل از تیم تلسکوپ ایونت هورایزن، به‌منظور ثبت عکسی مانند تصویر منتشرشده از کمان ای*، تلسکوپی واحد باید به‌اندازه‌ی سیاره‌ی زمین باشد تا بتواند ازپس انجام این کار بربیاید.
ازآن‌‌جاکه ساخت چنین ابزاری امکان‌پذیر نیست، دانشمندان به راه‌حلی نوآورانه دست یافتند. ایونت هورایزن درواقع مجموعه‌ای گسترده از دیش‌های رادیویی در پنج قاره‌ی مختلف زمین است. تلسکوپ‌های رادیویی همگی با همکاری یکدیگر جرمی یکسان را رصد و به‌گونه‌ای رفتار کردند که گویی تلسکوپی غول‌پیکر به‌اندازه‌ی زمین هستند. سپس، ترکیب داده‌های تلسکوپ‌ها برای خلق تصویر واحد برعهده‌ی دانشمندان ایونت هورایزن بود.
ایونت هورایزن از همین تکنیک برای ثبت عکس از مسیه ۸۷ استفاده کرد. در آوریل ۲۰۱۷، هشت دیش رادیویی یک هفته را صرف رصد این سیاه‌چاله کردند. این مشاهده ماه‌ها تلاش برای تبدیل داده‌ها به تصویری را به‌دنبال داشت که درنهایت، در سال ۲۰۱۹ منتشر شد.
در همان زمان، ایونت هورایزن کمان ای* را نیز رصد کرد؛ اما ساخت تصویر آن بسیار چالش‌برانگیزتر و وقت‌گیرتر بود. کیتی بومان، اخترشناس در دانشگاه کلتک، در کنفرانس خبری گفت: «تصویربرداری با ایونت هورایزن مانند گوش‌دادن به آهنگی نواخته‌شده با پیانویی است که کلیدهای گم‌شده‌ی فراوانی دارد.»
مقایسه‌ی اندازه‌ی مسیه ۸۷ و کمان ای*.
کمان ای* هرچند درمقایسه‌با مسیه ۸۷ فاصله‌ای کمتر با زمین دارد، کوچک‌تر و کم‌تحرک‌تر است و مواد پیرامون آن بسیار کم‌نور هستند؛ درنتیجه، رصد این سیاه‌چاله برای دانشمندان دشوارتر بود. علاوه‌براین، موادی که کمان ای* را احاطه کرده‌اند، هنگام شتاب‌گیری ذرات پیرامون سیاه‌چاله به انرژی‌های بسیار بیشتر، درخشندگی عجیبی به‌نمایش می‌گذارند. هرچند این اتفاق نمایش نوری جالبی به‌وجود می‌آورد، ترکیب سیاه‌چاله را هر چند ساعت یک بار تغییر می‌دهد و رصد آن را در طول زمان دشوار می‌کند.
موادی که در نزدیکی افق رویداد (نقطه‌ی بی‌بازگشت برای ذرات سقوط‌کرده درون سیاه‌چاله) به دور کمان ای* می‌چرخند، چنان سریع حرکت می‌کنند که به‌نظر می‌آید جرم به‌طور آنی تغییر می‌کند. بومان می‌گوید: «این بدان‌معنا است که هم‌زمان با جمع‌آوری داده حین چرخش زمین، مواد چنان سریع به دور کمان ای* می‌چرخیدند که ظاهر سیاه‌چاله می‌توانست دقیقه به دقیقه تغییر کند.»
دانشمندان تقریباً ۳٫۵ پتابایت داده جمع‌آوری کردند
علاوه‌بر تمام موانع اشاره‌شده، کمان ای* در کهکشان خودمان قرار دارد و از این نظر مطالعه‌ی آن از روی زمین دشوارتر است. رصد این سیاه‌چاله به‌معنای نگاه‌کردن به صفحه‌ی کهکشانی راه شیری و تمام مواد گازی واقع بین ما و کمان ای* است.
وجود این مواد تداخل‌های فراوانی ایجاد می‌کند که دانشمندان مجبور بودند بر آن‌ها غلبه کنند. وینسنت فیش، اخترشناس در رصدخانه هیستاک ام‌آی‌تی و همکار ایونت هورایزن، در کنفرانس خبری گفت: «نتیجه تصویری است که تا وقتی تجزیه‌وتحلیل‌هایمان را تمام نکرده بودیم، هرگز اطمینان نداشتیم می‌توانیم به آن دست یابیم.»
وقتی دانشمندان ایونت هورایزن کمان ای* را رصد کردند، تقریباً ۳٫۵ پتابایت داده به‌دست آورده بودند. فیش گفت: «این معادل نزدیک به صدمیلیون ویدئو تیک‌تاک و خیلی حجیم‌تر از آن است که بتوان ازطریق اینترنت استریم کرد.» درنتیجه، پژوهشگران مجبور بودند اطلاعات را با صدها درایو ذخیره‌سازی به مراکز وابسته در وست‌فورد و ماساچوست و بن آلمان ارسال کنند.
در آن‌‌جا ابرکامپیوترها سیگنال‌ها را با یکدیگر ترکیب کردند. سپس، ازآن‌‌جاکه دانشمندان درصدد ساخت بهترین تصویر ممکن از سایه‌ی سیاه‌چاله و پلاسما بودند، داده‌ها تحت فرایند کالیبراسیون شدیدی قرار گرفتند. با وقوع دنیاگیری کووید ۱۹، بخشی از این فرایند کالیبراسیون باید به‌صورت آنلاین انجام می‌شد.
تصویر به‌دست‌آمده همان عکسی است که امروز رونمایی شد؛ هرچند ممکن است از نگاه ناظر معمولی قدری تار به‌نظر آید. این تاری صرفاً به‌دلیل محدودیت‌های ابزارهایمان روی زمین است. مایکل جانسون، اخترفیزیک‌دان در مرکز اخترفیزیک هاروارداسمیتسونین، در کنفرانس خبری گفت: «هر تلسکوپ چیزی دارد که ما آن را حد پراش می‌نامیم. این بهترین شکلی است که می‌تواند ببیند و اساساً همان سطحی است که ما این‌جا می‌بینیم.»
بااین‌حال، با همین تصویر تار دانشمندان چیزهای فراوانی آموخته‌اند. به‌عنوان مثال، آن‌ها دریافته‌اند که کمان ای* سیاه‌چاله‌ای گرسنه نیست و فقط بخش کوچکی از مواد پیرامون جرم واقعاً به درون آن راه می‌یابد. جانسون گفت: «اگر کمان ای* یک انسان بود، هر یک‌میلیون سال یک دانه برنج مصرف می‌کرد.»
سیاه‌چاله مرکز راه شیری مقدار زیادی از انرژی گرانشی‌اش را به نور تبدیل نمی‌کند؛ درحالی‌که کشش گرانشی برخی سیاه‌چاله‌ها مانند نمونه‌ی واقع در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ می‌تواند درواقع سرعت پلاسمای پیرامونش را افزایش دهد و موجب شود مواد به‌صورت فواره‌های نور به‌سمت بیرون شلیک شوند.
این اتفاق درباره‌ی کمان ای* که سیاه‌چاله‌ای بسیار آرام‌تر است، رخ نمی‌دهد. درواقع، مدل استاندارد سیاه‌چاله احتمالاً همین است. جانسون می‌گوید: «کمان ای* وضعیت بسیار استانداردتر سیاه‌چاله‌های ساکت و خاموش را نشان می‌دهد. مسیه ۸۷ به‌دلیل ماهیت غیرعادی‌اش هیجان‌انگیز بود. کمان ای* نیز به‌دلیل ماهیت رایجش هیجان‌انگیز است.»
اکنون تیم ایونت هورایزن با داشتن دو تصویر از سیاه‌چاله در کارنامه‌ی خود، برنامه‌هایی بزرگ برای آینده دارد. به‌گفته‌ی جانسون، پژوهشگران با هدف ساخت نسل بعدی ایونت هورایزن (ngEHT) در حال افزودن تلسکوپ‌های به‌مراتب بیشتر هستند. افزایش تعداد تلسکوپ‌ها به‌طور بالقوه به دانشمندان امکان می‌دهد تا تصویر متحرک سیاه‌چاله را پردازش کنند و چگونگی تکاملش در طول زمان را نشان دهند.
جانسون افزود: «این پیشرفت به ما کمک خواهد کرد تا از این تصاویر ثابت به ثبت نخستین فیلم‌های باکیفیت از سیاه‌چاله‌ها حرکت کنیم. فیلم به ما امکان می‌دهد تا درعمل شاهد آن‌ها باشیم و این کاوشگری را تا سرحد ناشناخته‌ها ادامه دهیم.»