همکاری تلسکوپ وب ناسا با تلسکوپ افق رویداد برای آشکارسازی ابرسیاهچاله پرجرم راه شیری

گاز گرم شده در اطراف منطقه ابرسیاهچاله پرجرم کهکشان راه شیری می‌چرخد که در نور نزدیک به فروسرخ می‌درخشد. این تصویر توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا گرفته شده است. این تصویر که در سال 2009 به مناسبت سال جهانی نجوم منتشر شد، واضح‌ترین تصویر فروسرخ بود که تا کنون از ناحیه مرکز کهکشان گرفته شده بود. تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا که قرار است در دسامبر 2021 به فضا پرتاب شود، این تحقیقات را ادامه خواهد داد و وضوح قدرت هابل را با قابلیت تشخیص مادون قرمز بیشتر هماهنگ می‌کند. مشاهدات وب از شعله‌های آتش در این منطقه مورد توجه اخترشناسان است که در اطراف هیچ سیاهچاله پرجرم دیگری مشاهده نشده و علت آن ناشناخته است. شعله‌ها تلاش تلسکوپ افق رویداد (EHT) را برای گرفتن تصویری از ناحیه‌ای که بلافاصله در اطراف سیاه‌چاله است، پیچیده‌تر کرده است و انتظار می‌رود داده‌های فروسرخ وب کمک بزرگی به تولید تصویری تمیز کند. اعتبار: NASA، ESA، STScI، Q. Daniel Wang (UMass)

کمپین رصدی تلسکوپ افق رویداد (EHT) به زودی بازیکن جدیدی خواهند داشت که در آن نقش داشته باشند. تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا به این تلاش خواهد پیوست. در طول اولین فهرست مشاهدات وب، اخترشناسان از قدرت تصویربرداری مادون قرمز آن برای مقابله با برخی از چالش‌های منحصربه‌فرد و مداوم که توسط سیاه‌چاله راه شیری، به نام Sagittarius A* (Sgr ، استفاده خواهند کرد.

در سال 2017، EHT از قدرت تصویربرداری ترکیبی هشت تأسیسات تلسکوپ رادیویی در سراسر سیاره استفاده کرد تا اولین نمای تاریخی منطقه‌ای را به تصویر بکشد که در اطراف یک سیاهچاله بسیار پرجرم در کهکشان M87 قرار دارد. Sgr A* از سیاهچاله M87 نزدیکتر اما کم نورتر است و شعله‌های سوسوزن منحصر به فردی در مواد اطراف آن الگوی نور را به صورت ساعتی تغییر می‌دهد و چالش‌هایی را برای اخترشناسان ایجاد می‌کند.

فرهاد یوسف زاده، ستاره‌شناس، استاد دانشگاه نورث وسترن و محقق اصلی برنامه Webb برای مشاهده Sgr A* می‌گوید: “سیاهچاله ابرپرجرم کهکشان ما تنها سیاهچاله‌ای است که این نوع شعله‌ور شدن را دارد و در حالی که این امر ثبت تصویری از منطقه را بسیار دشوار کرده است، اما از نظر علمی، Sagittarius A* را نیز جالبتر می‌کند.”

شعله‌ها به دلیل شتاب موقت اما شدید ذرات اطراف سیاه‌چاله به انرژی‌های بسیار بالاتر، با انتشار نور متناظر هستند. یک مزیت بزرگ برای رصد Sgr A* با Webb، توانایی گرفتن داده‌ها در دو طول موج مادون قرمز (F210M و F480M) به طور همزمان و پیوسته از محل تلسکوپ فراتر از ماه است. وب یک نمای بدون وقفه خواهد داشت، چرخه‌های شعله ور شدن و آرامش را مشاهده می‌کند که تیم EHT می‌تواند برای مرجع با داده‌های خود استفاده کند و در نتیجه تصویری تمیزتر ایجاد می‌کند.

گرداب چرخان عظیمی از گاز داغ با نور مادون قرمز می‌درخشد و مکان تقریبی سیاهچاله پرجرم را در قلب کهکشان راه شیری نشان می‌دهد. این تصویر ترکیبی چندموجی شامل نور مادون قرمز نزدیک است که توسط تلسکوپ فضایی هابل ناسا گرفته شده است و در سال 2009 واضح‌ترین تصویر مادون قرمزی بود که از ناحیه مرکز کهکشان ساخته شد. A*، تلاش‌های همکاری تلسکوپ افق رویداد (EHT) برای ایجاد تصویری دقیق‌تر را پیچیده‌تر کرده است. در حالی که خود سیاهچاله نوری از خود ساطع نمی‌کند و بنابراین نمی‌توان آن را با تلسکوپ شناسایی کرد، تیم EHT در تلاش است تا با گرفتن تصویری واضح از گاز و غبار داغ آن را به تصویر بکشد که مستقیماً اطراف آن را احاطه کرده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا که قرار است در دسامبر 2021 به فضا پرتاب شود، وضوح هابل را با تشخیص نور مادون قرمز بیشتر ترکیب می‌کند. در اولین سال فعالیت علمی خود، وب به EHT در رصد Sagittarius A* ملحق خواهد شد و داده‌های مادون قرمز خود را برای مقایسه با داده‌های رادیویی EHT قرض می‌دهد و تشخیص زمان وجود شراره‌های درخشان را آسان‌تر می‌کند و تصویر کلی واضح‌تری از منطقه ایجاد می کند. در تصویر ترکیبی نشان داده شده در اینجا، رنگ‌ها نشان‌دهنده طول موج‌های مختلف نور هستند.

مشاهدات عمیق‌تر مادون قرمز تلسکوپ فضایی اسپیتزر ناسا با رنگ قرمز نشان داده شده است که حتی ستاره‌ها و ابرهای گازی بیشتری را نشان می‌دهد. نور شناسایی شده توسط رصدخانه پرتو ایکس چاندرا ناسا به رنگ آبی و بنفش نشان داده شده است، که نشان می‌دهد که در آن گاز تا میلیون‌ها درجه توسط انفجارهای ستاره‌ای و خروجی از سیاهچاله پرجرم گرم می‌شود. اعتبار: NASA، ESA، SSC، CXC، STScI

منبع یا مکانیسمی که باعث شعله‌ور شدن Sgr A* می‌شود بسیار بحث‌برانگیز است. پاسخ به چگونگی شروع، اوج گرفتن و پراکندگی شعله‌های Sgr A* می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای برای مطالعه آینده سیاهچاله‌ها و همچنین فیزیک ذرات و پلاسما و حتی شعله‌های خورشید داشته باشد.

 سرا مارکوف، ستاره‌شناس تیم تحقیقاتی Webb Sgr A* و نایب رئیس شورای علمی EHT می‌گوید: سیاهچاله‌ها فقط خنک هستند. دلیل اینکه دانشمندان و آژانس‌های فضایی در سراسر جهان تلاش زیادی برای مطالعه سیاه‌چاله‌ها انجام می‌دهند این است که این سیاهچاله‌ها شدیدترین محیط‌ها در جهان شناخته‌شده هستند، جایی که می‌توانیم نظریه‌های بنیادی خود مانند نسبیت عام را در معرض آزمایش عملی قرار دهیم.»

سیاهچاله‌ها که توسط آلبرت اینشتین به عنوان بخشی از نظریه نسبیت عام پیش‌بینی شده‌اند، به نوعی برعکس آن چیزی هستند که از نام آن‌ها برمی‌آید – سیاهچاله‌ها به جای یک حفره خالی در فضا، متراکم‌ترین و فشرده‌ترین مناطق ماده شناخته شده هستند. میدان گرانشی سیاهچاله به قدری قوی است که تار و پود فضا را به دور خود می‌پیچد و هر ماده‌ای که بیش از حد نزدیک شود، همراه با نوری که ماده ساطع می‌کند، برای همیشه در آنجا محدود می‌شود. به همین دلیل است که سیاهچاله ها “سیاه” به نظر می‌رسند. هر نوری که توسط تلسکوپ‌ها شناسایی می‌شود در واقع از خود سیاهچاله نیست، بلکه از ناحیه اطراف آن است. دانشمندان لبه داخلی نهایی آن نور را افق رویداد می نامند، جایی که همکاری EHT نام خود را گرفته است.

تصویر EHT از M87 اولین مدرک بصری مستقیم بود که پیش‌بینی سیاهچاله اینشتین درست بود. سیاهچاله‌ها همچنان زمینه اثبات نظریه اینشتین هستند و دانشمندان امیدوارند مشاهدات چندطول موجی Sgr A* توسط رصدخانه‌های EHT، Webb، اشعه ایکس و سایر رصدخانه‌ها، حاشیه خطا را در محاسبات نسبیت عام کاهش دهند. به قلمروهای جدیدی از فیزیک اشاره کنید که در حال حاضر نمی‌دانیم.

مارکف و یوسف‌زاده هر قدر هم که دورنمای درک جدید و/یا فیزیک جدید هیجان انگیز باشد، خاطرنشان کردند که این تنها آغاز است. مارکوف گفت: “این یک فرآیند است. ما احتمالاً در ابتدا سوالات بیشتری نسبت به پاسخ خواهیم داشت.” تیم تحقیقاتی Sgr A* قصد دارد در سال‌های آینده زمان بیشتری را با وب درخواست کند تا شاهد رویدادهای شعله‌ور اضافی و ایجاد یک پایگاه دانش، تعیین الگوهایی از شعله‌های به ظاهر تصادفی باشد. دانش به دست آمده از مطالعه Sgr A* سپس برای سایر سیاهچاله‌ها به کار می رود تا بفهمیم چه چیزی برای ماهیت آنها در مقابل آنچه که یک سیاهچاله را منحصر به فرد می کند، ضروری است.

یوسف‌زاده گفت: “این نجیبترین کاری است که انسان‌ها می‌توانند انجام دهند، جستجوی حقیقت.” “این طبیعت ماست. ما می‌خواهیم بدانیم جهان چگونه کار می‌کند، زیرا ما بخشی از جهان هستیم. سیاهچاله‌ها می‌توانند سرنخ‌هایی برای برخی از این سوالات بزرگ داشته باشند.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

NASA’s Webb will join forces with the Event Horizon Telescope to reveal the Milky Way’s supermassive black hole

by Leah Ramsay, NASA’s Goddard Space Flight Center

https://phys.org/news/2021-10-nasa-webb-event-horizon-telescope.html