ثبت تاریخی اولین تصویر از یک سیاه چاله فضایی

داستان ساگیتاریوس A به زبان ساده

سیاه چاله، کلید واژه جذابی در علم فیزیک و نجوم است. محاسبات سیاه چاله ها، ریاضی خاصی نیاز دارد و مملو از تئوری و نظریه و ابهاماتی است که ذهن دانشمندان اختر فیزیک را به خود مشغول کرده است. اخیرا کشف یک سیاه چاله، بازتاب های جهانی پیدا کرده است.

ستاره‌شناسان برای نخستین‌بار از یک سیاه‌چاله عکس گرفته و آن را منتشر کرده‌اند. این سیاه‌چاله در کهکشانی دوردست قرار دارد. قطر این سیاه‌چاله‌  ۴۰ میلیارد کیلومتر است؛ یعنی سه میلیون برابر زمین و دانشمندان آن را یک «غول» توصیف کرده‌اند.

گوگل به افتخار ثبت اولین تصویر از یک سیاه‌چاله فضایی لوگوی خود را به عکس این سیاهچاله تغییر داد. چند شب پیش، گروهی از محققان خبر از ثبت تصویر یک سیاهچاله فضایی دادند و یکی از بزرگترین رویدادهای فضایی تاریخ بشریت را به اعلام همگان رساندند. در راستای این رویداد بزرگ و تاریخی، گوگل نیز در لوگوی خود تصویر این سیاهچاله را قرار داد.

سیاه‌چاله محدوده‌ای در فضا است که جاذبه قوی آن همه چیز را به درون خود می‌کشد و هیچ چیزی، حتی نور، از نیروی گرانشی آن گریزی ندارد. برخلاف آن‌چه نام سیاه‌چاله به ذهن متبادر می‌کند، سیاه‌چاله توخالی نیست و برعکس توده بسیار متراکمی از جرمی عظیم در فضایی به نسبت کوچک است.

جزییات پژوهشی که به عکاسی از سیاه‌چاله در کهکشان ام٨٧ منجر شد، در یک مجله تخصصی اخترفیزیک منتشر شده است.  درواقع آن‌چه دیده می‌شود یک پردازش رایانه‌ای از خروجی ۸ تلسکوپ است که طی دو سال گردآوری‌ شده است. آن‌چه به دست آمده، عکس به صورت یک‌بار شات نبوده، بلکه  بیش از ۵۰۰۰ تریلیون بایت دیتا  گردآوری و توسط سوپرکامپیوتر پردازش شده تا این تصویر  به دست بیاید.

به دلیل اینکه سیاه‌چاله حتی نور را نیز درون خود می‌بلعد، نمی‌توان به ‌طور مستقیم از آن عکس و فیلم گرفت. کاری که ۲۰۰ محقق در طول ۲ سال انجام دادند این بوده که ۸ تلسکوپ را به ‌صورت مجازی به ‌عنوان یک ابرتلسکوپ تعریف کرده تا بتوانند تصویربرداری را انجام دهند. این ابرتلسکوپ از حواشی و زوایای مختلف عکس گرفته و سپس تصاویر مقایسه شده و یک تصویر خروجی و نهایی درست‌ شده است که همان عکسی است که منتشر شده است.

یک سیاه‌چاله به دلیل اینکه نوری از آن خارج نمی‌شود، نادیدنی است؛ اما می‌تواند بودن خود را از راه کنش و واکنش با ماده از پیرامون خود نشان دهد. از راه بررسی برهمکنش میان ستاره‌های دوتایی با همدم نامرئی‌شان، اخترشناسان نامزدهای احتمالی بسیاری را برای سیاه‌چاله‌بودن در این منظومه‌ها شناسایی کرده‌اند.

این باور جمعی در میان دانشمندان رو به گسترش است که در مرکز بیشتر کهکشان‌ها یک سیاه‌چاله کلان‌جرم وجود دارد. برای نمونه، دستاوردهای ارزشمندی بازگوی این واقعیت است که در مرکز کهکشان راه شیری ما نیز یک سیاه‌چاله کلان جرم با جرمی بیش از چهار میلیون برابر جرم خورشید وجود دارد.

کیتی بومن (Katie Bouman) محققی است که توانست با کشف یک الگوریتم به ثبت نخستین تصویر رسمی از یک سیاه‌چاله کمک کند. کیت بومن (Katie Bouman) محقق فارغ‌التحصیل‌شده از دانشگاه «ام‌آی‌تی» موفق شد در سال ۲۰۱۷ یک الگوریتم را برای تلسکوپ «افق رویداد» ایجاد کند که درنهایت منجر به ثبت نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله موسوم به «ساگیتاریوسA» شد.

تصویر رسمی این سیاه‌چاله پس از ۱۰۴ سال نه تنها نظریه نسبیت عام اینشتین را به اثبات رساند بلکه برای بار دیگر نبوغ آلبرت اینشتین را به رخ تمام جهانیان کشید. اکنون می‌بایست مشتاقانه منتظر اثبات نظریه کرم چاله و سفر در زمان نیز باشیم.

سیاه‌چاله «Pōwehi» یا کمان ای در کهکشانی به نام « M٨٧» قرار دارد که ۵۵ میلیون سال نوری از ما فاصله دارد. سال نوری (Light-year) یکی از یکاهایی است که به مخفف به صورت « ly»  نشان می‌دهند و برای سنجش طول یا درازا است که بیشتر در محاسبات مربوط به کیهان‌شناسی و نجوم به ‌کار می‌رود.

سال نوری طبق تعریف برابر با مسافتی است که نور در خلأ در مدت یک سال طی می‌کند و تقریبا برابر است با ۹ پتامتر (٩Pm) که عددی معادل ۹.۴۶۰.۷۳۰.۴۷۲.۵۸۰.۸۰۰ متر یا تقریبا ۹.۵ هزار میلیارد کیلومتر می‌شود. اگر این عدد را در ۵۵ ضرب کنیم، فاصله نجومی این سیاه‌چاله با زمین به دست می‌آید.

سیاه چاله چیست؟

سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که آثار گرانشی آن، چنان نیرومند است که هیچ چیز — حتی ذرات و تابش‌های الکترومغناطیسی مثل نور — نمی‌توانند از میدان گرانش آن بگریزد. نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده شده، می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاهچاله شود. مرز این ناحیه از فضازمان که هیچ چیزی پس از عبور از آن نمی‌تواند به بیرون برگردد را افق رویداد می‌نامند.

صفت «سیاه» در نام سیاه‌چاله برگرفته از این واقعیت است که همه نوری که از افق رویداد آن می‌گذرد را به دام می‌اندازد که از این دیدگاه سیاه چاله رفتاری شبیه به جسم سیاه در ترمودینامیک دارد. از سوی دیگر نیز، نظریه میدانهای کوانتومی در فضازمان خمیده پیش‌بینی می‌کند که افق‌های رویداد نیز تابشی به نام تابش هاوکینگ گسیل می‌کنند که طیف آن همانند طیف جسم سیاهی است که دمای آن با جرمش نسبت وارونه دارد. میزان دما در مورد سیاهچاله‌های ستاره‌ای در حد چند میلیاردم کلوین است و از این رو ردیابی آن دشوار است.

عکس شاخص این گفتار، نمایش شبیه‌سازی شده از یک سیاه چاله در برابر ابر ماژلانی بزرگ است. با فیزیک و اختر فیزیک به زبان ساده آشنا شویم و حقیقت شعر حکیم خیام نیشابوری را درک کنیم: