جدید ترین عناوین خبری امروز
کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

سه پرسش مهم اما بی‌پاسخ درباره‌ی اولین تصویر سیاه‌چاله

سه پرسش مهم که اولین تصویر سیاه‌چاله نتوانست به آن پاسخ دهد

دانشمندان سرانجام در تاریخ ۱۰ آوریل ۲۰۱۹، با استفاده از داده‌های شبکه‌ی بین‌المللی تلسکوپ‌های رادیویی برای اولین‌بار نزدیک‌ترین تصویر از سایه‌ی یک سیاه‌چاله را معرفی کردند. این شبکه‌ی گسترده، که تلسکوپ افق رویداد (Event Horizons) نامیده می‌شود، پیش‌بینی دهه‌های اخیر درباره‌ی چگونگی رفتار نور در اطراف اجرام تاریک را تایید کرد و گامی به سوی عصر جدیدی از نجومِ سیاه‌چاله برداشت.

اِرین بانینگ (Erin Bonning)، متخصص اخترفیزیک و پژوهشگر سیاه‌چاله در دانشگاه اِموری (Emory University) که در فعالیتِ عکس‌برداری از اولین تصویر سیاه‌چاله شرکت نداشت، اذعان کرد: «این فعالیت در مقیاس صفر تا شگفت‌انگیز، نمره‌ی شگفت‌انگیز می‌گیرد.»
وی ادامه داد: «این دقیقاً همان چیزی بود که انتظارش را داشتم.»

این خبر در ابتدا تا یک هفته و نیم به شوخی گرفته شد؛ چرا که هم فوق‌العاده هیجان‌انگیز و هم تا حدودی عاری از جزییات شگفت‌انگیز بود. این تصویر دانسته‌ی جدیدی به علم فیزیک اضافه و یا به طور کلی آن را متحول نکرد.
در این عکس، به عنوان اولین تصویر سیاه‌چاله هیچ ویژگی غیرمنتظره‌ای از سیاه‌چاله‌ها آشکار نشد. بلکه این تصویر تقریباً یک تطبیق کامل برای تصاویر سیاه‌چاله‌هایی بود که پیش از این در علم و فرهنگ عامه دیده‌ بودیم. تفاوت عمده‌ی آن این است که بسیار غیرشفاف است.
بانینگ اذعان داشت: «با این حال، چندین پرسش مهم در رابطه با سیاه‌چاله‌ها وجود داشت که حل‌نشدنی باقی مانده‌اند.»

۱- سیاه‌چاله‌ها چگونه فواره‌های عظیم، داغ و سریعی تولید می‌کنند؟

تمام ابرسیاه‌چاله‌ها این قابلیت را دارند که مواد پیرامون خود را ببلعند، بیشتر آن را به سمت دیگر افق رویدادشان بفرستند، و باقی‌مانده‌ی آن را با سرعت نور، به صورت برج‌هایی مشتعل، درون فضا بفرستند. متخصصان فیزیک نجومی این پدیده را «فواره نسبیتی» می‌نامند.

کهکشان، فواره و سیاه‌چاله

این سیاه‌چاله نیز که در مرکز کهکشان Virgo A (با نام مسیه ۸۷ نیز شناخته می‌شود) قرار دارد به خاطر فواره‌های قابل‌توجه، پراکندن مواد و پرتوافشانی در سرتاسر فضا، آوازه‌ی خوبی ندارد. فواره‌های نسبیتی این سیاه‌چاله آن‌قدر عظیم هستند که می‌توانند تا اطراف کهکشان فرار کنند.

تصویر هابل در سال ۱۹۹۸، فواره نسبیتی را نشان می‌دهد که از کهکشان Virgo A درحال دور شدن است. منبع: جِی. اِی بیرتا و دستیارانش (J. A. Biretta et al.)، تیم میراث هابل (Hubble Heritage Team) (STScl/AURA)، ناسا.
تصویر تلسکوپ فضایی هابل در سال ۱۹۹۸، فواره نسبیتی را نشان می‌دهد که از کهکشان Virgo A درحال دور شدن است. منبع: جِی. اِی بیرتا و دستیارانش (J. A. Biretta et al.)، تیم میراث هابل (Hubble Heritage Team) (STScl/AURA)، ناسا.

فیزیکدانان از چگونگی رخ دادن این پدیده اطلاع دارند: با سقوط مواد به گرانش سیاه‌چاله، سرعت زیادشان شدت می‌یابد، سپس مقداری از این مواد برای حفظ لختی خود (اینرسی) از سیاه‌چاله دور می‌شوند. اما دانشمندان درباره‌ی جزئیات چگونگی این اتفاق باهم توافق نظر ندارند. این تصویر و مقالات مرتبط با آن هنوز هم هیچ جزئیاتی را در اختیار ما قرار نمی‌دهد.

بانینگ مطرح کرد: «دریافتن جزئیات این موضوع، دلیل خوبی برای پیوند میان مشاهدات تلسکوپ افق رویداد (که مقدار نسبتاً کوچکی از فضا را دربرمی‌گیرد) با تصاویر بسیار بزرگ‌تری از فواره‌های نسبیتی خواهد شد.»

وی گفت: «هرچند که فیزیکدانان هنوز هیچ پاسخی ندارند اما احتمال خوبی وجود دارد تا به زودی آن را بیابند. چرا که این همکاری باعث ایجاد تصاویری از هدف دوم آن می‌شود؛ ابرسیاه‌چاله Sagittarius A در مرکز کهکشان خودمان، که مانند Virgo A فواره‌ای تولید نمی‌کند.» وی افزود: «مقایسه‌ی این دو تصویر ممکن است اندکی موضوع را روشن سازد.»

۲- نسبیت عام و مکانیک کوانتومی چگونه با یکدیگر کنار می‌آیند؟

زمانی که فیزیکدانان برای صحبت درباره‌ی یک اکتشاف جدید و هیجان‌انگیز گرد هم جمع می‌شوند، انتظار می‌رود این جمله را بشنوید که کسی اظهار کند: این موضوع می‌تواند «گرانش کوانتومی» را توضیح دهد!
این موضوع به خاطر این است که گرانش کوانتومی مجهول بزرگی در دنیای فیزیک است. نزدیک به یک قرن است که فیزیکدانان درگیر دو مجموعه‌ی کاملا متفاوت از قوانین هستند: نظریه‌ی نسبیت عام، که چیزهای بسیار بزرگ مانند گرانش را پوشش می‌دهد و دانش مکانیک کوانتومی، که چیزهای بسیار کوچک را دربرمی‌گیرد. مسئله اینجاست که این دو با یکدیگر تناقض مستقیم دارند. علم مکانیک کوانتومی نمی‌تواند گرانش را شرح دهد و نسبیت عام هم نمی‌تواند عملکرد کوانتوم را توجیه کند.
اما فیزیکدانان امیدوارند تا این دو نظریه را در نظریه‌ی متحد معروفی، مانند گرانش کوانتومی، با هم مرتبط سازند.

چرا نمی‌توانیم سیاه‌چاله را ببینیم ؟
در سمت چپ، یک تصویر با استفاده از تلسکوپ چاندرا (CHANDRA X-Ray) که همزمان با تلسکوپ افق رویداد (Event Horizons) گرفته شده، یک فواره نسبیتی را نشان می‌دهد که از کهکشان Virgo A می‌گذرد. منبع: اشعه ایکس: ناسا، CXC، دانشگاه ویلانوا، جِی. نیلسن (NASA/CXC/Villanova University/J. Neilsen)؛ رادیو: گروه همکاری تلسکوپ افق رویداد
در سمت چپ، یک تصویر با استفاده از تلسکوپ چاندرا (CHANDRA X-Ray) که همزمان با تلسکوپ افق رویداد (Event Horizons) گرفته شده، یک فواره نسبیتی را نشان می‌دهد که از کهکشان Virgo A می‌گذرد. منبع: اشعه ایکس: ناسا، CXC، دانشگاه ویلانوا، جِی. نیلسن (NASA/CXC/Villanova University/J. Neilsen)؛ رادیو: گروه همکاری تلسکوپ افق رویداد

پیش از انتشار اولین تصویر سیاه‌چاله، گمان می‌رفت که شاید پیشرفتی در موضوع صورت گیرد. اگر پیش‌بینی‌های نسبیت عام در این تصویر به تائید نمی‌رسید، می‌توانست گامی رو به جلو برای ما باشد. آوِری برودِریک (Avery Broderick) فیزیکدان دانشگاه واترلو (University of Waterloo) در کانادا و دست‌اندر کار این پروژه، طی اخبار کوتاهی از موسسه‌ی علوم ملی (NSF) اظهار دارد: «این دسته از پاسخ‌ها ممکن است پدیدار شوند».

اما بانینگ به چنین ادعایی مشکوک است و می‌گوید: «این تصویر تاییدکننده‌ی دیدگاه نسبیت عام بود، بنابراین تعجبی ندارد که دانش جدیدی به فیزیک اضافه نمی‌کند و نمی‌تواند شکاف میان مکانیک کوانتومی و نسبیت عام را پر کند.» وی اذعان کرد: «با این حال، عجیب نیست که افراد به امید پاسخ‌هایی از جانب چنین مشاهداتی هستند، زیرا لبه‌ی سایه‌ی یک سیاه‌چاله نیروهای نسبیتی را به فضاهای خُرد کوانتوم‌مانند می‌کشاند.»

او بیان کرد: «ما انتظار داریم گرانش کوانتومی را بسیار بسیار نزدیک به افق رویداد، یا بسیار بسیار نزدیک به جهان اولیه (زمانی که همه‌چیز در یک فضای کوچک جمع شده بود) ببینیم.» وی افزود: «به هر صورت، ما نه در رزولوشنِ تار تلسکوپ افق رویداد و نه حتی با بروزرسانی‌های برنامه‌ریزی‌شده‌ی پیش‌روی آن، نمی‌توانیم به دنبال جوابی برای این مسئله باشیم.»

۳- آیا نظریه‌ی استیون هاوکینگ نیز مانند نظریه‌ی آلبرت اینشتین درست بود؟

بزرگ‌ترین دستاورد فیزیکدان استیون هاوکینگ در رابطه با علم فیزیک، ایده‌ی «تابش هاوکینگ» بود. هاوکینگ در این مورد بیان می‌کند که سیاه‌چاله‌ها واقعا سیاه نیستند و مقادیر اندکی از پرتو را با گذشت زمان ساطع می‌کنند. نتیجه‌ی این ایده بسیار حائز اهمیت است، زیرا ثابت می‌کند هنگامی که رشد یک سیاه‌چاله متوقف شود، بخاطر اتلاف انرژی، بسیار آرام شروع به کوچک شدن خواهد کرد.

یکی از معروف‌ترین نظریه‌های استیون هاوکینگ درباره سیاه‌چاله‌ها یک ضربه بزرگ خورد

بانینگ بیان کرد: «با این حال، اولین تصویر سیاه‌چاله و تلسکوپ افق رویداد این نظریه را تایید یا رد نکردند، البته هیچکس هم انتظار آن را نداشت».
وی افزود: «سیاه‌چاله‌های غول‌آسا، مانند سیاه‌چاله‌ی مرکزی Virgo A، مقادیر اندکی از تابش هاوکینگ را در مقایسه با اندازه‌شان ساطع می‌کنند. ضمن اینکه پیشرفته‌ترین تجهیزات ما اکنون می‌توانند تنها نورهای درخشان افق رویداد سیاه‌چاله‌ها را شناسایی کنند و شانس کمی وجود دارد تا بتوانند تابش فوق مبهمی از سطح یک ابرسیاه‌چاله را بررسی کنند.»

او خاطرنشان کرد: «این نتایج احتمالاً از سیاه‌چاله‌های کوچک به دست می‌آیند؛ یعنی اشیایی که از لحاظ نظری عمر کوتاهی دارند و آن‌قدر ریز هستند که شما می‌توانید کل افق رویداد آن‌ها را در دستتان بگیرید. با یافتن موقعیتی برای مشاهدات بسیار نزدیک و با توجه به تابش بسیار زیاد این سیاه‌چاله‌ها در مقایسه با اندازه‌ی کلی آن‌ها، سرانجام می‌توان یک مورد از این تابش را شناسایی و به چگونگی تولید آن پی برد.»

بالاخره ما از این تصویر چه چیزی فراگرفتیم؟

نخست، فیزیکدانان یک بار دیگر مطمئن شدند که حق با اینشتین است. لبه‌ی سایه‌ی این سیاه‌چاله، تا جایی که تلسکوپ افق رویداد می‌تواند رصد کند، کاملا دایره است. دقیقا مانند پیش‌بینی فیزیکدانان قرن بیستم که روی معادلات نسبیت عام اینشتین فعالیت می‌کردند. بانینگ اظهار کرد: «من فکر نمی‌کنم دیگر کسی از نتایج آزمون نسبیت عام شگفت‌زده شود؛ اگر پشت تریبون اعلام می‌کردند که نسبیت عام اشتباه است، باید تعجب می‌کردیم.»

او بیان کرد: «نتایج قطعی و کاربردی‌تر اولین تصویر سیاه‌چاله این بود که به دانشمندان امکان سنجش دقیق جرم ابرسیاه‌چاله را داد. این سیاه‌چاله که ۵۵ میلیون سال نوری دورتر از ما در قلب کهکشان Virgo A قرار دارد، ۵/۶ میلیارد بار چگال‌تر از خورشید ما است». بانینگ گفت: «این موضوع قابل توجه‌ای به شمار می‌آید زیرا می‌تواند روشی که فیزیکدانان با آن، ابرسیاه‌چاله‌های دیگر در دل سایر کهکشان‌های دورتر یا کوچک‌تر را اندازه‌گیری می‌کنند، تغییر دهد.»

نوترینوها برای نخستین‌بار به یک چشمه‌ی کیهانی مرتبط شدند

اکنون، فیزیکدانان درک دقیقی از جرم ابرسیاه‌چاله‌ی مرکز کهکشان راه شیری دارند، زیرا می‌توانند نظاره‌گر حرکت ستارگان همسایه‌ی آن تحت تاثیر گرانش سیاه‌چاله باشند.


مترجم: مرضیه حق‌دوست / ویراستار: زهرا جعفریان / تحریریه‌ی رسانه‌ی علمی کیهان‌شناس

منبع: livescience

ورود به سایت دیدگاه ها 0
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

نگرانی ستاره‌شناسان از صورت‌ فلکی وسیع اسپیس‌ایکس
نگرانی ستاره‌شناسان از صورت‌ فلکی وسیع اسپیس‌ایکس
48
بالاخره فهمیدیم کهکشان راه شیری چه زمانی با کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد؟
کهکشان راه شیری چه زمانی با کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد؟
49
چرا نمی‌توانیم سیاه‌چاله را ببینیم؟
چرا نمی‌توانیم سیاه‌چاله را ببینیم ؟
45
شایعه‌ی ساختگی بودن سفر به ماه
شایعه‌ی ساختگی بودن سفر به ماه
114
تلسکوپ TESS اولین جهان بیگانه هم‌اندازه با زمین را شناسایی کرد
66

ذرات بنیادی

ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
36
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
73
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
3
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
109
هر زمانی که شما چیزی را می‌بینید، لمس می‌کنید و یا می‌بویید، در حال تجربه‌ی جهان کوانتومی هستید
هر زمانی که شما چیزی را می‌بینید، لمس می‌کنید و یا می‌بویید، در حال تجربه‌ی جهان کوانتومی هستید
115