ستاره‌شناسان اولین تصویر از سیاهچاله در قلب کهکشان ما را منتشرکردند!!

اولین تصویر از سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری. این اولین تصویر از Sagittarius A* (یا به اختصار Sgr A*)، سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان ما است. این اولین شواهد بصری مستقیم از حضور این سیاهچاله است. این تلسکوپ توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT)، آرایه‌ای گرفته شد که هشت رصدخانه رادیویی موجود در سراسر سیاره را به هم پیوند می‌دهد تا یک تلسکوپ مجازی واحد «به‌اندازه زمین» را تشکیل دهد. این تلسکوپ از روی “افق رویداد” نامگذاری شده است، مرز سیاهچاله‌ای که هیچ نوری نمی‌تواند از آن خارج شود. اگرچه ما نمی‌توانیم خود افق رویداد را ببینیم، زیرا نمی‌تواند نور ساطع کند، گاز درخشانی که به دور سیاه‌چاله می‌چرخد نشانه‌ای آشکار را نشان می‌دهد: یک منطقه مرکزی تاریک (به نام “سایه”) که توسط ساختار حلقه‌ای درخشان احاطه شده است. نمای جدید نور خمیده شده توسط گرانش قدرتمند سیاهچاله را می گیرد که چهار میلیون برابر جرم خورشید ماست. تصویر سیاهچاله Sgr A* میانگینی از تصاویر متفاوتی است که EHT Collaboration از مشاهدات سال 2017 خود استخراج کرده است. اعتبار: EHT Collaboration

در کنفرانسهای مطبوعاتی همزمان در سرتاسر جهان، از جمله در کنفرانس مطبوعاتی تحت حمایت بنیاد ملی علوم در باشگاه ملی مطبوعات ایالات متحده در واشنگتن دی سی، اخترشناسان اولین تصویر از سیاهچاله پرجرم را در مرکز کهکشان راه شیری خودمان پرده برداری کردند. این نتیجه شواهد قابل توجهی را ارائه می‌دهد که این شی در واقع یک سیاهچاله است و سرنخ‌های ارزشمندی در مورد عملکرد چنین غول‌هایی به دست می‌دهد که تصور می‌شود در مرکز اکثر کهکشان‌ها قرار دارند. این تصویر توسط یک تیم تحقیقاتی جهانی به نام همکاری تلسکوپ افق رویداد (EHT) با استفاده از مشاهدات یک شبکه جهانی از تلسکوپهای رادیویی تهیه شده است.

این تصویر، نگاهی است که مدت‌ها پیش انتظار می‌رفتیم به جرم پرجرمی که در مرکز کهکشان ما قرار دارد. دانشمندان قبلاً ستاره‌هایی را دیده بودند که به دور چیزی نامرئی، فشرده و پرجرم در مرکز کهکشان راه شیری می‌چرخند. این امر قویاً نشان می‌دهد که این جسم – معروف به Sagittarius A* (Sgr A*، تلفظ می‌شود “sage-ay-star“) – یک سیاه‌چاله است و تصویر امروزی اولین شواهد بصری مستقیم از آن را ارائه می‌کند.

ما نمی‌توانیم خود سیاه‌چاله را ببینیم، زیرا کاملاً تاریک است، اما گاز درخشان در اطراف آن نشانه‌ای آشکار را نشان می‌دهد: یک منطقه مرکزی تاریک (به نام “سایه”) که توسط ساختاری روشن و حلقه مانند احاطه شده است. نمای جدید نور خمیده شده توسط گرانش قدرتمند سیاهچاله را می‌گیرد که چهار میلیون برابر جرم خورشید ماست.

جفری بوور، دانشمند پروژه EHT از مؤسسه اخترشناسی و اخترفیزیک، آکادمی سینیکا، تایپه، گفت: «ما از اینکه اندازه حلقه چقدر با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین مطابقت دارد شگفت‌زده شدیم. این مشاهدات بی‌سابقه درک ما از آنچه در مرکز کهکشان ما اتفاق می‌افتد را بسیار بهبود بخشیده است و بینش جدیدی در مورد نحوه تعامل این سیاه‌چاله‌های پرجرم با محیط اطراف خود ارائه می‌دهد.» نتایج تیم EHT امروز در شماره ویژه The Astrophysical Journal Letters منتشر می شود.

از آنجایی که سیاهچاله حدود 27000 سال نوری از زمین فاصله دارد، به نظر می‌رسد اندازه آن در آسمان به اندازه یک دونات روی ماه باشد. برای تصویربرداری از آن، تیم EHT قدرتمندی را ایجاد کرد که هشت رصدخانه رادیویی موجود در سراسر سیاره را به هم متصل کرد تا یک تلسکوپ مجازی واحد “به اندازه زمین” را تشکیل دهد. EHT Sgr A* را در چندین شب مشاهده کرد و برای ساعت‌های متوالی داده‌ها را جمع‌آوری کرد، مشابه استفاده از زمان نوردهی طولانی در دوربین.

و درست مانند یک دوربین پرقدرت، تصویربرداری Sgr A* به پشتیبانی از حساس‌ترین ابزار در نجوم رادیویی نیاز داشت. این حساسیت از گیرنده‌های 1.3 میلی‌متری باند 6 در آرایه میلی‌متری/زیر میلی‌متری آتاکاما (ALMA) که توسط آزمایشگاه توسعه مرکزی (CDL) در رصدخانه ملی نجوم رادیویی بنیاد ملی علوم ایالات متحده (NRAO) طراحی شده است، می‌آید.

ساخت تصویر سیاهچاله در مرکز کهکشان راه شیری. اعتبار: EHT Collaboration

برت هاوکینز، مدیر CDL، که نقش Band 6 و CDL را در ساختن این تحقیق و نتایج ممکن توضیح داد، گفت: “ما در CDL بسیار مفتخریم که برخی از فناوری‌های حیاتی را برای حمایت از این کشف شگفت‌انگیز توسط همکاری EHT ارائه کرده‌ایم.” تیم ما با نصب یک ساعت اتمی سفارشی روی ALMA و برنامه‌ریزی مجدد همبسته ALMA کمک کرد تا تلسکوپ را به یک آرایه فازی تبدیل کند. این امر به طور موثر تلسکوپ را به یک بشقاب منفرد با قطر موثر 85 متر تبدیل کرد – بزرگترین جزء در EHT. علاوه بر این، میکسرهای موجود در قلب گیرنده‌ها در ALMA، تلسکوپ زیر میلی‌متری (SMT) در آریزونا، تلسکوپ میلی‌متری بزرگ (LMT) در مکزیک، و تلسکوپ قطب جنوب (SPT) در قطب جنوب در CDL همراه با شرکای ما در دانشگاه ویرجینیا.”

این پیشرفت به دنبال انتشار اولین تصویر از یک سیاهچاله به نام M87* در مرکز کهکشان مسیه 87 توسط همکاری EHT در سال 2019 صورت گرفت.

این دو سیاهچاله به طرز قابل توجهی شبیه به هم به نظر می‌رسند، حتی اگر سیاهچاله کهکشان ما بیش از 1000 برابر کوچکتر و جرم کمتر از M87* است. سارا مارکوف، رئیس شورای علمی EHT و استاد نظری می‌گوید: «ما دو نوع کهکشان کاملاً متفاوت و دو جرم سیاه‌چاله بسیار متفاوت داریم، اما نزدیک به لبه این سیاه‌چاله‌ها، به طرز شگفت‌انگیزی شبیه به هم هستند. اخترفیزیک در دانشگاه آمستردام، هلند. این به ما می‌گوید که نسبیت عام بر این اجرام از نزدیک حکومت می‌کند و هر تفاوتی که دورتر می‌بینیم باید به دلیل تفاوت در موادی باشد که سیاهچاله‌ها را احاطه کرده است.»

این دستاورد بسیار دشوارتر از M87* بود، اگرچه Sgr A* بسیار به ما نزدیکتر است. دانشمند EHT چی کوان (“CK“) چان، از رصدخانه استوارد و گروه نجوم و موسسه علوم داده دانشگاه آریزونا، ایالات متحده، توضیح می دهد: “گاز در مجاورت سیاهچاله ها با همان سرعت حرکت می‌کند. تقریباً به سرعت نور – در اطراف Sgr A* و M87*. اما جایی که گاز روزها تا هفته ها طول می کشد تا به دور M87* بزرگتر بچرخد، در Sgr A* بسیار کوچکتر، یک مدار را در عرض چند دقیقه کامل می‌کند. این به معنای روشنایی و روشنایی است. الگوی گاز اطراف Sgr A* با مشاهده EHT Collaboration به سرعت در حال تغییر بود – کمی شبیه تلاش برای گرفتن عکس واضح از یک توله سگ که به سرعت دنبال دم خود می‌رود.

محققان باید ابزارهای پیچیده جدیدی را توسعه می‌دادند که حرکت گاز در اطراف Sgr A* را به حساب می‌آورد. در حالی که M87 یک هدف ساده‌ و ثابت‌تر بود، تقریباً همه تصاویر یکسان به نظر می‌رسید، این مورد برای Sgr A* صدق نمی‌کرد. تصویر سیاه‌چاله Sgr A* میانگینی از تصاویری است که تیم استخراج کرده است و در نهایت برای اولین بار غولی را آشکار می‌کند که در مرکز کهکشان ما کمین کرده است.

این تلاش با نبوغ بیش از 300 محقق از 80 مؤسسه در سراسر جهان امکان‌پذیر شد که با هم همکاری EHT را تشکیل می‌دهند. علاوه بر توسعه ابزارهای پیچیده برای غلبه بر چالش‌های تصویربرداری Sgr A*، این تیم به مدت پنج سال با استفاده از ابررایانه‌ها برای ترکیب و تجزیه و تحلیل داده‌های خود به شدت کار کردند و همه این‌ها در حین جمع‌آوری یک کتابخانه بی‌سابقه از سیاه‌چاله‌های شبیه‌سازی شده برای مقایسه با مشاهدات بود.

Sgr A* که sadge-ay-star تلفظ می‌شود، یک منبع رادیویی پیچیده در مرکز کهکشان راه شیری است و خانه یک سیاه‌چاله بسیار پرجرم یا SMBH است. بیش از 300 محقق از 80 موسسه در سراسر جهان برای تصویربرداری از SgrA* با استفاده از تلسکوپ افق رویداد (EHT)، یک تلسکوپ جهانی متشکل از چندین آرایه رادیویی همکاری کردند. از نظر بصری، SgrA* بسیار شبیه M87* است، اولین سیاهچاله‌ای که تاکنون تصویربرداری شده است. اما، نتایج جدید نشان داده است که آنها تا حد ممکن متفاوت هستند. اعتبار: NRAO/AUI/NSF، EHT Collaboration

تونی ریمیجان، مدیر مرکز علمی ALMA آمریکای شمالی (NAASC) در NRAO می‌گوید: «این کار به وضوح اهمیت حیاتی استفاده از فرکانس‌های رادیویی، میلی‌متری و زیر میلی‌متری را برای درک شدیدترین محیط‌های جهان نشان می‌دهد. استفاده از این محدوده‌های فرکانسی تنها راه برای کشف محیط منحصربفرد پیرامون سیاه‌چاله است که در فرکانس‌های دیگر کاملاً پوشیده شده است. افزودن ALMA نیز برای مشاهدات بسیار مهم بود زیرا حساسیت لازم را برای انجام بدون ابهام این مشاهدات فراهم می‌کرد. داده‌های تاسیسات در سراسر جهان – با ALMA به عنوان لنگر برای همه این تاسیسات – حساسیت و وضوح مورد نیاز برای انجام این نوع اکتشافات را فراهم می‌کند و این هنوز آغاز است. ALMA در حال برنامه ریزی برای افزایش گسترده حساسیت خود در منطقه است. دهه آینده، که منجر به اکتشافات عمیقتری خواهد شد که در انتظار ما در جهان است.”

دانشمندان به ویژه هیجان زده هستند که در نهایت تصاویری از دو سیاهچاله با اندازه‌های بسیار متفاوت داشته باشند که این فرصت را برای درک نحوه مقایسه و تضاد آنها فراهم می‌کند. آنها همچنین شروع به استفاده از داده‌های جدید برای آزمایش نظریه‌ها و مدل‌هایی درباره نحوه رفتار گاز در اطراف سیاه‌چاله‌های بزرگ کرده‌اند. این فرآیند هنوز به طور کامل درک نشده است، اما تصور می‌شود که نقش کلیدی در شکل‌گیری شکل‌گیری و تکامل کهکشان‌ها دارد.

Keiichi Asada، دانشمند EHT از موسسه اخترشناسی و اخترفیزیک، آکادمی سینیکا، تایپه، گفت: «اکنون، ما می‌توانیم تفاوت‌های بین این دو سیاه‌چاله کلان پرجرم را مطالعه کنیم تا به سرنخ‌های ارزشمند جدیدی در مورد نحوه عملکرد این فرآیند مهم دست یابیم.» ما تصاویری از دو سیاهچاله داریم – یکی در انتهای بزرگ و دیگری در انتهای کوچک سیاهچاله‌های کلان پرجرم در جهان – بنابراین می‌توانیم در آزمایش نحوه رفتار گرانش در این محیط های شدید بیش از همیشه پیش برویم.

پیشرفت در EHT ادامه دارد: یک کمپین رصدی بزرگ در مارس 2022 شامل تلسکوپ‌های بیشتری نسبت به قبل بود. گسترش مداوم شبکه EHT و ارتقاء فن آوری قابل توجه به دانشمندان این امکان را می‌دهد که تصاویر حتی چشمگیرتری و همچنین فیلمهایی از سیاهچاله‌ها را در آینده نزدیک به اشتراک بگذارند.

در سال 2021، NSF و هیئت ALMA ارتقاء چند میلیون دلاری گیرنده‌های Band 6 رصدخانه را از طریق برنامه توسعه ALMA آمریکای شمالی تصویب کردند. ارتقاء کمیت و کیفیت علم اندازه گیری شده در طول موج‌های بین 1.4 و 1.1 میلی‌متر را افزایش می‌دهد که پروژه‌های تحقیقاتی مانند پروژه های EHT را با حساسیت بهتر از همیشه و در نهایت نتایج علمی دقیق‌تر و کارآمدتر ارائه می‌دهد. علاوه بر این، آرایه بسیار بزرگ نسل بعدی NRAO (ngVLA) از نظرسنجی دهه‌ای Astro2020 پشتیبانی مثبت دریافت کرد. در حال حاضر، در مراحل اولیه برنامه ریزی و توسعه، ngVLA به اهداف با اولویت بالا در نجوم و اخترفیزیک دست خواهد یافت و قرار است به ماشین شکار سیاه چاله نهایی تبدیل شود.

“این نتایج جدید از EHT هیجان‌انگیز هستند، هم به این دلیل که به ما نشان می‌دهند که نجوم تا کجا پیش رفته است و همچنین به این دلیل که تأیید می‌کنند هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که ما ندیده‌ایم و هنوز نتوانسته‌ایم مشاهده و مطالعه کنیم.” دکتر تونی بیزلی، مدیر NRAO گفت. آنتن‌ها و ابزار دقیقی که در NRAO طراحی و توسعه می‌دهیم، این پیشرفت را ممکن می‌سازند و ما مشتاقانه منتظر ادامه پیشرفت‌ها در نجوم رادیویی هستیم که سیاه‌چاله‌ها و سایر پدیده‌های نهفته در گوشه و کنار کهکشان و کیهان را کشف می‌کند.»

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy

by Amy C. Oliver, National Radio Astronomy Observatory MAY 12, 2022

https://phys.org/news/2022-05-astronomers-reveal-image-black-hole.html