به سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری سلام کنید!!
تصویر ترکیبی که اولین تصویر از سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری در محل آن در آسمان را نشان می‌دهد. (اعتبار تصویر: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)، EHT Collaboration)
در 12 می 2022، ستاره‌شناسان تیم تلسکوپ افق رویداد تصویری از سیاهچاله‌ای به نام Sagittarius A* منتشر کردند که در مرکز کهکشان راه شیری قرار دارد. کریس ایمپی، ستاره‌شناس دانشگاه آریزونا، توضیح می‌دهد که تیم چگونه این تصویر را به دست آورد و چرا این موضوع بسیار مهم است.
- Sagittarius A* چیست؟
Sagittarius A* در مرکز کهکشان راه شیری ما، در جهت صورت فلکی قوس قرار دارد. برای چندین دهه، اخترشناسان در حال اندازه گیری انفجار امواج رادیویی از یک منبع بسیار فشرده در آنجا بوده‌اند.
در دهه 1980، دو تیم از ستاره‌شناسان شروع به ردیابی حرکت ستارگان در نزدیکی این منبع مرموز امواج رادیویی کردند. آنها ستارگانی را دیدند که دور یک جسم تاریک با سرعتی تا یک سوم سرعت نور می‌چرخند. حرکات آنها حاکی از آن بود که در مرکز کهکشان راه شیری سیاهچاله ای با جرم 4 میلیون برابر خورشید وجود دارد. راینهارد گنزل و آندریا قز بعداً جایزه نوبل فیزیک را برای این کشف به اشتراک گذاشتند.
اندازه یک سیاهچاله با افق رویداد آن مشخص می‌شود – فاصله‌ای از مرکز سیاهچاله که هیچ چیز نمی‌تواند از درون آن فرار کند. دانشمندان قبلاً توانسته بودند محاسبه کنند که قوس A* 16 میلیون مایل (26 میلیون کیلومتر) قطر دارد.
سیاهچاله کهکشان راه شیری در مقایسه با سیاهچاله‌هایی بسیار بزرگ است که پس از مرگ ستارگان پرجرم باقی می‌مانند. اما ستاره‌شناسان فکر می‌کنند که سیاهچالههای بسیار پرجرم در مرکز تقریباً همه کهکشان‌ها وجود دارد. در مقایسه با اکثر این موارد، Sagittarius A* ناچیز و غیرقابل توجه است.
- تصویر جدید چه چیزی را نشان می‌دهد؟
گرفتن تصویر مستقیم از سیاهچاله غیرممکن است زیرا هیچ نوری نمی‌تواند از گرانش آن بگریزد. اما اندازه‌گیری امواج رادیویی ساطع شده از گازی امکان‌پذیر است که سیاهچاله را احاطه کرده است. (اعتبار تصویر: EHT Collaboration، CC BY-SA)
سیاهچالهها خود کاملاً تاریک هستند، زیرا هیچ چیز، حتی نور، نمی‌تواند از گرانش آنها فرار کند. اما سیاهچالهها توسط ابرهای گاز احاطه شده‌اند و ستاره‌شناسان می‌توانند این گاز را اندازه‌گیری کنند تا تصاویری از سیاهچالههای درون آن را استنتاج کنند. منطقه تاریک مرکزی در تصویر سایه‌ای است که توسط سیاهچاله بر روی گاز انداخته می‌شود. این حلقه درخشان خود گاز است که می‌درخشد. نقاط روشن در حلقه مناطق داغتر از گاز را نشان می‌دهد که ممکن است روزی به درون سیاهچاله بیفتد.
مقداری از گازهای قابل مشاهده در تصویر در واقع پشت Sagittarius A* است. نور حاصل از آن گاز توسط گرانش قوی سیاهچاله به سمت زمین خم می‌شود. این اثر که عدسی گرانشی نام دارد، پیش‌بینی اصلی نسبیت عام است.
هسته‌های کهکشانی، مانند مرکز کهکشان راه شیری که در این عکس دیده می‌شود، مملو از گاز و آوار است که گرفتن هرگونه تصویر مستقیم از ستارگان یا سیاهچالهها را بسیار سخت می‌کند. (اعتبار تصویر: NASA/JPL-Caltech، CC BY-NC)
- چه کارهایی برای ایجاد این تصویر انجام شد؟
اندازه گیری سیاهچاله های پرجرم بسیار سخت است. آنها بسیار دور هستند و توسط گاز و غباری پوشیده شده اند که مرکز کهکشان‌ها را مسدود می‌کند. آنها همچنین در مقایسه با وسعت فضا نسبتاً کوچک هستند. از جایی که Sagittarius A* قرار دارد، در فاصله 26000 سال نوری در مرکز کهکشان راه شیری، تنها 1 در 10 بیلیون فوتون نور مرئی می‌تواند به زمین برسد – بیشتر آنها توسط گاز در راه جذب می‌شوند. امواج رادیویی بسیار راحت‌تر از نور مرئی از گاز عبور می‌کنند، بنابراین ستاره‌شناسان گسیل‌های رادیویی از گاز اطراف سیاهچاله را اندازه‌گیری کردند. رنگ‌های نارنجی در تصویر نشان‌دهنده آن امواج رادیویی هستند.
این تیم از هشت تلسکوپ رادیویی پراکنده در سراسر جهان برای جمع‌آوری داده‌ها در مورد سیاهچاله در طول پنج شب در سال 2017 استفاده کرد. هر شب آنقدر داده تولید می‌کرد که تیم نمی‌توانست آن را از طریق اینترنت ارسال کند – آنها مجبور بودند به سختی به صورت فیزیکی درایوها را به جایی ارسال کنند که داده‌ها را پردازش کردند.
از آنجایی که سیاهچالهها به سختی دیده می‌شوند، در داده‌هایی که تلسکوپها جمع‌آوری می‌کنند، عدم قطعیت زیادی وجود دارد. برای تبدیل همه اینها به یک تصویر دقیق، تیم از ابررایانه‌ها برای تولید میلیون‌ها تصویر مختلف استفاده کردند که هر کدام نسخه‌ای از سیاهچاله است که از نظر ریاضی بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده و قوانین فیزیک است. سپس همه این تصاویر را با هم ترکیب کردند تا تصویر نهایی، زیبا و دقیق را تولید کنند. زمان پردازش معادل اجرای 2000 لپ‌تاپ با سرعت کامل به مدت یک سال بود.
- چرا تصویر جدید اینقدر مهم است؟
در سال 2019، تیم تلسکوپ افق رویداد اولین تصویر از یک سیاهچاله را منتشر کرد – این تصویر در مرکز کهکشان M87. سیاهچاله‌ای که در مرکز این کهکشان قرار دارد، به نام M87*، است که 2000 برابر بزرگتر از Sagittarius A* و 7 بیلیون برابر جرم خورشید است. اما از آنجایی که Sagittarius A* 2000 برابر از M87* به زمین نزدیکتر است، تلسکوپ افق‌رویداد توانست هر دو سیاهچاله را با وضوح مشابه رصد کند و به اخترشناسان این فرصت را داد تا با مقایسه این دو، در مورد کیهان بیاموزند.
M87* در سمت چپ 2000 برابر بزرگتر از Sagittarius A* در سمت راست واقع شده است. دایره‌های سفید نازک اندازه مدار سیارات در منظومه شمسی را نشان می‌دهد. (اعتبار تصویر: EHT collaboration (acknowledgment: Lia Medeiros, xkcd), CC BY-ND))
شباهت این دو تصویر قابل توجه است زیرا ستاره‌های کوچک و کهکشانهای کوچک بسیار متفاوت از ستاره‌ها یا کهکشانهای بزرگ به نظر می‌رسند و رفتار می‌کنند. سیاهچالهها تنها اشیایی هستند که تنها به یک قانون طبیعت پاسخ می‌دهند: گرانش و گرانش به مقیاس اهمیتی نمی‌دهد.
در چند دهه گذشته، ستاره‌شناسان فکر می‌کردند که سیاهچالههای پرجرمی در مرکز تقریباً هر کهکشانی وجود دارد. در حالی که M87* یک سیاهچاله غیرمعمول پرجرم است، Sagittarius A* احتمالا بسیار شبیه به بسیاری از صدها بیلیون سیاهچاله در مرکز کهکشانهای دیگر در جهان است.
- این اصویر به چه سوالات علمی می‌تواند پاسخ دهد؟
کارهای علمی بیشتری از داده‌هایی باید انجام شود که تیم جمع‌آوری می‌کند. یک راه جالب تحقیق از این واقعیت ناشی می‌شود که گاز اطراف کمان A* با سرعت نزدیک به نور در حال حرکت است. Sagittarius A* نسبتاً کوچک است و ماده بسیار آهسته به داخل آن نفوذ می‌کند – اگر به اندازه یک انسان بود، جرم یک دانه برنج را هر میلیون سال مصرف می‌کرد. اما با گرفتن عکس‌های زیاد، می‌توان جریان ماده در اطراف و درون سیاهچاله را در زمان واقعی تماشا کرد. این به اخترفیزیکدانان اجازه می‌دهد تا چگونگی مصرف و رشد سیاهچالهها را مطالعه کنند.
یک عکس ارزش هزار کلمه دارد و این تصویر جدید تاکنون 10 مقاله علمی تولید کرده است. من انتظار دارم که تعداد بیشتری در آینده وجود داشته باشد.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Say hello to Sagittarius A*, the black hole at the center of the Milky Way galaxy By Chris Impey
https://www.space.com/meet-milky-way-black-hole-sagittarius-a