پژوهشگران ژاپنی ادعا می‌کنند که نخستین تصویر سیاه‌چاله اشتباه است

به‌گزارش نیوساینتیست، ممکن است در مورد نخستین تصویر از سیاه‌چاله مشکلی وجود داشته باشد. پس از سه سال تجزیه‌وتحلیل، گروهی از پژوهشگران در ژاپن تصویری از سیاه‌چاله کلان‌جرم واقع در مرکز کهکشان مسیه ۸۷ تهیه کرده‌اند که به‌نظر می‌آید با آنچه تیم تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT) در سال ۲۰۱۹ منتشر کرد، به‌طرز چشمگیر متفاوت است. این پژوهشگران ادعا می‌کنند که گروه EHT ممکن است اشتباه بزرگی مرتکب شده باشد.

تلسکوپ ایونت هورایزن به‌منظور تهیه‌ی نخستین تصویر سیاه‌چاله، قدرت هشت تلسکوپ رادیویی در سرتاسر جهان را ترکیب کرد. این مجموعه از تلسکوپ‌ها دراصل به‌عنوان تلسکوپی غول‌پیکر به نام تداخل‌سنج عمل می‌کنند. هر جفت تلسکوپ طول موج خاصی از نور را ثبت می‌کند و سپس تمام اطلاعات برای ایجاد تصویر نهایی ترکیب می‌شوند. جفری باور، دانشمند پروژه‌ی EHT می‌گوید «اگر تصویر روی آسمان یک آهنگ موسیقی باشد، می‌توانید تداخل‌سنجی را به‌عنوان اندازه‌گیری فرکانس‌ها یا نت‌های منفرد در آن آهنگ درنظر بگیرید.»

این «نت‌ها» با استفاده از الگوریتمی ترکیب می‌شوند که دیگر اطلاعات مربوط به سیاه‌چاله و تنظیمات تلسکوپ را برای پرکردن جاهای خالی و تبدیل اتدازه‌گیری‌های تداخل‌سنج به تصویر وارد می‌کند. بارزترین خصوصیت تصویر نهایی تلسکوپ ایونت هورایزن، یک حلقه‌ی درخشان است. این حلقه، نتیجه‌ی گرانش شدید سیاه‌چاله است که نور پلاسمای داغ چرخان در اطراف آن را خم می‌کند. بااین‌حال پرکردن جاهای خالی برای تهیه‌ی یک تصویر مستلزم برخی فرضیه‌سازی‌ها است.

فرایند توصیف‌شده، همان کاری است که ماکوتو میوشی و همکارانش در رصدخانه ملی نجوم ژاپن انجام داده‌اند و نتایج جدید، آن‌ها را به این پرسش واداشته است که آیا حلقه‌ی یادشده واقعا در آنجا وجود دارد یا خیر. پژوهشگران ژاپنی داده‌های تلسکوپ ایونت هورایزن را با یک تفاوت درخورتوجه بازپردازش کردند. آن‌ها به جای محدودکردن نور جمع‌آوری‌شده به‌وسیله‌ی تلسکوپ‌ها به ناحیه‌ای نسبتاً کوچک، مانند همان کاری که EHT انجام داد، میدان دید بسیار بزرگ‌تری را درنظر گرفتند.

با تغییر یادشده، هیچ حلقه‌ای در تصویر نهایی‌شان ظاهر نشد. درعوض، تصویر دو نقطه‌ی روشن متمایز را نشان می‌دهد؛ یکی نمایانگر ناحیه‌ی اطراف سیاه‌چاله و دیگری بیانگر منطقه‌ای دور از آن است. این نقطه‌ی دوم احتمالاً نشانگر مرکز فواره‌ی ماده است که تلاش پیشین دانشمندان آن را درحال انفجار از مسیه ۸۷ نشان داده بود.

تصویر جدید سیاه‌چاله مسیه ۸۷ که براساس پژوهش جدید دانشمندان تهیه شده است.

میوشی می‌گوید میدان دید محدود ممکن است موجب بروز خطاهایی در پردازش تصویر نهایی تلسکوپ ایونت هورایزن شده باشد. او اشاره می‌کند که این خطاها نه به ساختارهای واقعی در فضا، بلکه به آرایش شبکه‌ی تلسکوپ مربوط هستند. میوشی با اشاره به سیاه‌چاله واقع در قلب راه شیری می‌افزاید ممکن است همین اشتباه، حلقه‌ی موجود در تصویر به‌تازگی منتشرشده از کمان ای* را نیز به‌وجود آورده باشد. پژوهش میوشی نشان می‌دهد که تصویر EHT از مسیه ۸۷ و شاید کمان ای* نباید به شکل دونات به‌نظر آید.

بااین‌حال باور عقیده دارد که رویکرد میوشی برای کاهش محدودیت‌های میدان دید تلسکوپ ایونت هورایزن نادرست است. به‌گفته‌ی او، میدان دید اصلی گروه EHT، انتخابی دلبخواهی نیست و ناحیه‌ای را بازتاب می‌دهد که تلسکوپ واقعا رصد کرده است. باور می‌گوید «[تیم میوشی] میدان دید فوق‌العاده بزرگی را به‌کار برد و درنتیجه شدت نور اطراف تصویر را پراکنده کرد. اگر چنین آزادی عملی به خود بدهید، می‌توانید تقریباً به هر چیزی که می‌خواهید برسید.»

پروژه‌ی تلسکوپ ایونت هورایزن چهار تیم مجزا داشت که از چهار روش مختلف برای تبدیل داده‌ها به تصویر نهایی استفاده کردند. یکی از تیم‌ها همان روش مورد استفاده‌ی تیم میوشی را با میدان دید محدود به‌کار برد. باور می‌گوید تصاویر تهیه‌شده از سیاه‌چاله، بررسی‌شده‌ترین تصاویر تداخل‌سنجی هستند که تاکنون منتشر شده‌اند.

تصویر EHT هیچ نشانه‌ای از فواره را در مسیه ۸۷ نشان نمی‌دهد. اما این امر غیرمنتظره نیست؛ زیرا انتظار می‌رود فواره عمدتا نور را در فرکانس‌های پایین‌تری نسبت به فرکانس‌هایی منتشر کند که تلسکوپ ایونت هورایزن شناسایی می‌کند.

هرچند پژوهشگران به‌طور گسترده در جستجوی هر راهی بودند که با استفاده از آن، تصویر احتمالاً با پیش‌بینی‌های نظری متفاوت شود، ساختار حلقه‌ای دیده‌شده در تصویر نیز چندان غیرمنتظره نیست. زیری یونسی، پژوهشگر تلسکوپ ایونت هورایزن در کالج دانشگاهی لندن می‌گوید «ما واقعا خیلی تلاش کردیم تا حلقه‌ای پیدا نکنیم. از الگوریتم‌هایی سنتی استفاده کردیم که جامعه‌ی اخترشناسی رادیویی برای دهه‌ها به‌کار می‌برد و از الگوریتم‌های جدیدتر بهره گرفتیم و تمام آن‌ها روی نتیجه‌ای که منتشر کردیم، همگرا شدند.»

گروه تلسکوپ ایونت هورایزن با انتشار بیانیه‌ای از تجزیه‌وتحلیل خود حمایت کرده است؛ اما میوشی و همکارانش نیز درمقابل انتقادات از خودشان ایستاده‌اند. EHT رصدهای جدیدی با تلسکوپ‌های اضافی افزوده‌شده به مجموعه انجام داده است و پژوهشگران اکنون مشغول کار روی تبدیل اندازه‌گیری‌های پروضوح‌تر گرفته‌شده در سال ۲۰۱۸ و اوایل ۲۰۲۲ به تصاویر هستند. باور می‌گوید «تصویر آتی از این مجموعه داده‌ها، آزمون بسیار مهمی برای روش کلی خواهد بود. اگر سایر بازتحلیل‌های داده‌های ۲۰۱۷ این بحث را فیصله را ندهند، داده‌های جدید قطعاً این کار را خواهند کرد.»

نسخه‌ی پیش‌انتشار مقاله‌ی پژوهشگران در پایگاه داده آرکایو دردسترس است.