از تصاویر باکیفیت‌تر تا فیلم‌برداری از سیاه‌چاله؛ نسل بعدی تلسکوپ ایونت هورایزن در راه است

اغلب مردم جهان با انتشار اولین عکس سیاه‌چاله در سال ۲۰۱۹ که مسیه ۸۷، سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم واقع در مرکز کهکشانی به همین نام را به تصویر کشیده بود، از پروژه تلسکوپ ایونت هورایزن (EHT) باخبر شدند. بااین‌حال، EHT درواقع در سال ۲۰۰۹ شروع به کار کرد و در طول ۱۵ سال گذشته، تکنیک به‌کاررفته برای ثبت تصاویر خود به نام «تداخل‌سنجی خط پایه بسیار طولانی» (VLBI) را به صورت مداوم بهبود داده است.

تا به امروز، ایونت هورایزن تقریبا حداکثر توانایی موجود خود را به نمایش گذاشته است؛ اما براساس یافته‌های مقاله‌ی جدیدی که ۲۷ اوت در نشریه استرونومیکال منتشر شد، ارتقای چشمگیر در ظرفیت‌های این تلسکوپ قریب‌الوقوع است.

مقاله‌ی اخیر، رصدهای آزمایشی و موفقیت‌آمیز انجام‌شده در فرکانس ۳۴۵ گیگاهرتز را گزارش می‌دهد که پیشرفتی درخورتوجه درمقایسه با فرکانس عملیاتی ۲۳۰ گیگاهرتز کنونی است. این دستاورد نمایانگر پیشرفتی بزرگ در توانایی تکنیک VLBI برای اندازه‌گیری نور در فرکانس بالا است و می‌تواند کیفیت تصاویر آتی ایونت هورایزن را افزایش دهد.

توانایی ثبت تصاویر در فرکانس ۳۴۵ گیگاهرتز به تلسکوپ ایونت هورایزن امکان می‌دهد تا از اجرام دور مانند مسیه ۸۷، با جزئیات بسیار بالاتر عکس بگیرد، تصاویر ترکیبی چندرنگ بسازد و احتمالا پس از تکمیل ارتقاء، از سیاه‌چاله‌ها فیلم‌برداری کند. تصاویر گنجانده‌شده در مقاله، شامل شبیه‌سازی‌ها از ظاهر احتمالی آن عکس‌های ترکیبی است.

تکنیک به‌کاررفته برای ثبت تصاویر ایونت هورایزن به چندین رصدخانه امکان می‌دهد تا به‌عنوان تلسکوپی منفرد و عظیم عمل کنند. به‌همین دلیل، اغلب از EHT به‌عنوان «تلسکوپی به اندازه زمین» یاد می‌شود.

یک اصل اساسی هر تلسکوپ، این است که دو عامل کلیدی، توانایی آن را در تشخیص اجسام دور تعیین می‌کنند: اندازه‌ی تلسکوپ و فرکانس نوری که می‌تواند اندازه‌گیری کند. هرچند ایونت هورایزن ماهیتی بسیار پیچیده‌تر از تلسکوپ‌های نوری ساده دارد، اصل یادشده همچنان برقرار است و از آنجایی که EHT را قبلا به بزرگ‌ترین اندازه‌ی ممکن رسانده‌ایم، برای بهبود وضوح تصاویر آن، باید دامنه‌ی فرکانس را افزایش می‌دادیم.

اما انجام چنین کاری بسیار چالش‌برانگیز بوده است. تصویر مسیه ۸۷ و تصویر مشابهی که سه سال بعد، از کمان ای*، سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز راه شیری منتشر شد، هردو با استفاده از نور دارای طول موج ۱٫۳ میلی‌متر تولید شدند که برابر با فرکانس ۲۳۰ گیگاهرتز است. (هرچه طول موج نور کوچک‌تر باشد، فرکانس آن بیشتر است؛ زیرا فاصله‌ی کمتر بین قله‌های موج بدین معنی است که قله‌های بیشتری می‌توانند در دوره‌ی زمانی معین به حسگر برسند.)

طول موج ۱/۳ میلی‌متر برای چندین دهه حد نهایی تکنیک VLBI محسوب می‌شد. اولین اندازه‌گیری‌ها در این سطح در سال ۱۹۸۹ انجام شد و همان‌طور که مقاله توضیح می‌دهد، تلاش‌های زیادی انجام شد تا با افزایش اندازه‌ی آرایه‌ی تلسکوپ‌های ایونت هورایزن، همراه با بهبود حساسیت حسگرهای آن، وضوح تصاویر EHT بهبود یابد.

درنتیجه، مقاله‌ی جدید به‌دلیل توصیف اولین پیشرفت در طول موج قابل‌اندازه‌گیری VL‌BI در ۲۵ سال گذشته، از اهمیت بالایی برخوردار است. نویسندگان مقاله، چندین اندازه‌گیری موفقیت‌آمیز را در ۸۷۰ میکرومتر (۰/۸۷ میلی‌متر) که معادل فرکانس ۳۴۵ گیگاهرتز است، گزارش کرده‌اند. این دستاورد، وضوح زاویه‌ای ایونت هورایزن را دست‌کم تا حدود ۵۰ درصد افزایش و به تلسکوپ امکان می‌دهد تصاویری واضح‌تر و دقیق‌تر از نمونه‌های ثبت‌شده در فرکانس ۲۳۰ گیگاهرتز ثبت کند. فرکانس جدید همچنین امکان ترکیب تصاویر واضح‌تر را با تصاویر گرفته‌شده در طول موج‌های بزرگ‌تر به‌منظور ساخت تصاویر ترکیبی چندرنگ فراهم می‌کند.

پژوهشگران همچنین در مقاله توضیح می‌دهند که چرا رفتن به فراتر از طول موج ۱٫۳ میلی‌متر بسیار دشوار است. جو زمین معمولا در طول موج ۸۷۰ میکرومتر، نور بیشتری را در مقایسه با ۱٫۳ میلی‌متر جذب می‌کند؛ بدین معنی که میزان کمتری از نور دارای طول موج کمتر به حسگرهای آرایه‌ی EHT می‌رسد. تداخل جوی همچنین بدین معنی است که نور رسیده به زمین، ضعیف و دارای نویز بیشتر است و بدتر از آن، کارایی تلسکوپ‌ها در فرکانس‌های بالاتر کاهش می‌یابد.

ارتقاء برنامه‌ریزی‌شده برای EHT که با عنوان نسل بعدی ایونت هورایزن (ngEHT) نامیده می‌شود، بر همکاری جهانی‌تر تکیه دارد و با افزودن رصدخانه‌های بیشتر به آرایه، امکان استفاده از طول موج‌های متعدد را برای ساخت تصاویر یکسان فراهم می‌کند. شپرد دولمن، نویسنده اصلی مقاله و مدیر بنیان‌گذار پروژه EHT، موفقیت اخیر را سنگ بنای تهیه‌ی فیلم‌های تمام‌رنگی با وضوح بالا از سیاه‌چاله می‌داند؛ دستاوردی که قدمی بسیار بزرگ در شناخت هرچه بیشتر مرموزترین اجرام کیهان خواهد بود.