داده‌های جدید با ظاهری مشابه برای M87*

تصاویر جدیدی از M87* از رصدهای گرفته شده در آوریل 2018، یک سال پس از اولین رصد در آوریل 2017 منتشر کرده است. مشاهدات جدید در سال 2018، که اولین مشارکت تلسکوپ گرینلند را نشان می‌دهد، یک تصویر آشنا و درخشان را نشان می‌دهد. حلقه تابشی به همان اندازه که در سال 2017 یافتیم. این حلقه روشن سایه مرکزی تیره را احاطه کرده است و روشن‌ترین قسمت حلقه در سال 2018 از سال 2017 حدود 30 درجه تغییر کرده است تا اکنون در موقعیت ساعت 5 قرار دارد. اعتبار: EHT Collaboration

تقریباً پنج سال پیش، تیمی از ستاره‌شناسان در سراسر جهان، اولین نگاه اجمالی خود را از یک سیاه‌چاله به جهان نشان دادند. اکنون این تیم هم یافته‌های اصلی خود و هم درک ما از سیاه‌چاله‌ها را با تصویر جدیدی از سیاه‌چاله M87* تأیید کرده‌اند. این سیاهچاله پرجرم با جرم 6.5 بیلیون برابر خورشید ما، در مرکز کهکشان مسیه 87 (M87) در خوشه کهکشانی Virgo، واقع در فاصله 55 میلیون سال نوری از زمین، قرار دارد.

تصویر جدید، مانند تصویر قدیمی، توسط تلسکوپ افق رویداد (EHT)، مجموعه ای از تلسکوپ‌های رادیویی در سراسر سیاره گرفته شده است. با این حال، این داده‌های جدید یک سال بعد، در سال 2018 جمع‌آوری شدند و از پیشرفت‌هایی در آرایه تلسکوپ، به ویژه با گنجاندن یک تلسکوپ در گرینلند، بهره‌مند شدند.

تصویر اصلی EHT از M87* نه تنها به این دلیل مهم بود که نشان دهنده اولین باری است که انسان از یک سیاهچاله تصویربرداری کرده بود، بلکه به این دلیل مهم بود که جسم به شکلی که قرار بود به نظر می‌رسید. نکته قابل توجه این است که این تصویر چیزی را نشان می‌دهد که به عنوان سایه سیاه‌چاله شناخته می‌شود – یک منطقه تاریک در مرکز یک صفحه درخشان از ماده داغ که دور سیاهچاله می‌چرخد. منطقه تاریک توسط میدان گرانشی پرجرم سیاهچاله ایجاد می‌شود که آنقدر قوی است که نور نمی‌تواند از آن فرار کند. از آنجایی که هیچ نوری سیاهچاله را ترک نمی‌کند، سیاهچاله تاریک به نظر می‌رسد.

علاوه بر این، این گرانش قوی نوری را که از نزدیکی سیاهچاله می‌گذرد بدون افتادن در آن خم می‌کند و عملاً مانند یک عدسی عمل می‌کند که به عنوان عدسی گرانشی شناخته می‌شود و حلقه‌ای از نور ایجاد می‌کند که بدون توجه به زاویه‌ای که سیاهچاله از آن مشاهده می‌شود، قابل مشاهده است. این اثرات هر دو از نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین پیش‌بینی شده بودند. از آنجایی که تصویر M87* این اثرات را نشان می‌دهد، شواهد محکمی است که نسبیت عام و درک ما از فیزیک سیاهچاله ها درست است.

این تصویر جدید M87* با مشارکتهای کلیدی یک تیم تصویربرداری در Caltech، از جمله پروفسور کاترین (کتی) L. Bouman، استادیار محاسبات و علوم ریاضی، مهندسی برق، و نجوم دکترای سابق کالتک دانشجوی دکتر Nitika Yadlapalli Yurk; و آویاد لویس، دانشیار تحقیقاتی فوق دکتری فعلی Caltech در محاسبات و علوم ریاضی ایجاد شده است.

بومن هماهنگ کننده گروه کاری تصویربرداری EHT است و در مرکز اخترفیزیک اسمیتسونیان هاروارد و یکی از رهبران تیم تصویربرداری EHT در زمان انتشار تصویر اصلی در سال 2019 بود. در این نقش، او به توسعه الگوریتم هایی کمک کرد. مجموعه‌ای از داده‌های جمع آوری شده توسط تلسکوپ های رادیویی متعدد EHT را در یک تصویر منسجم و منفرد جمع آوری کرد. بومن که همچنین محقق روزنبرگ و محقق موسسه تحقیقات پزشکی هریتیج است، از زمان پیوستن به دانشکده Caltech، به کار خود با EHT ادامه داده است. او همچنین در تصویربرداری از سیاهچاله کلان راه شیری همکاری کرد که در سال 2022 منتشر شد.

یورک در سال 2020 به EHT Collaboration پیوست و نقش فعالی در تیم تصویربرداری آخرین تصویر M87* داشت. کمکهای اصلی او شامل توسعه مجموعه داده‌های مصنوعی برای استفاده در آموزش و اعتبار سنجی الگوریتم های تصویربرداری بود. یورک همچنین نرم افزاری نوشت که در کاوش نامزدهای تصویر استفاده می‌شد. او اخیرا توسط EHT به دلیل تلاش‌هایش با مدرک دکترا شناخته شد. جایزه پایان نامه برای پیشرفتهایی که او در تصویربرداری و اعتبارسنجی جدیدترین تصویر M87* به ارمغان آورد. او در حال حاضر عضو برنامه فوق دکتری ناسا در JPL است که Caltech آن را برای ناسا مدیریت می‌کند.

تصویربرداری از جسمی مانند M87* با EHT بسیار متفاوت از تصویربرداری از سیاره ای مانند زحل با تلسکوپ معمولی است. EHT به جای دیدن نور، امواج رادیویی ساطع شده از اجسام را مشاهده می‌کند و باید اطلاعات را به صورت محاسباتی ترکیب کند تا یک تصویر را تشکیل دهد.

یورک می‌گوید: «داده‌های خامی که از این تلسکوپ‌ها به دست می‌آیند اساساً فقط مقادیر ولتاژ هستند. “من دوست دارم تلسکوپ های رادیویی را به عنوان حساس ترین ولت متر جهان توصیف کنم و آنها ولتاژها را با دقت از نقاط مختلف آسمان جمع‌آوری می‌کنند.”

بومن می‌گوید تبدیل این مقادیر ولتاژ به تصویر دشوار است، زیرا اطلاعاتی که محققان با آن کار می‌کنند ناقص است و چیزی برای مقایسه تصویر با آن وجود ندارد زیرا هیچ‌کس M87* را با چشم خود ندیده است.

بومن می‌گوید: «ما نمی‌خواهیم انتظارات خود را از شکل ظاهری سیاهچاله در هنگام تشکیل تصویر محاسباتی وصل کنیم. در غیر این صورت، ممکن است ما را به تصویری سوق دهد که انتظارش را داریم تا تصویری که واقعیت را به تصویر می‌کشد.

برای جلوگیری از این مشکل، محققان الگوریتم‌های پردازش تصویر خود را با داده‌های مصنوعی، مجموعه‌ای از تصاویر شبیه‌سازی‌شده با اشکال هندسی ساده، آزمایش می‌کنند. این داده‌ها از طریق الگوریتم‌ها برای تولید یک تصویر اجرا می‌شوند. اگر تصویر خروجی با تصویر ورودی درست باشد، آنها می‌دانند که الگوریتم به درستی کار می‌کند و می‌توانند ساختارهای شگفت‌انگیز اطراف سیاه‌چاله را به دقت ببینند.

بومن می‌گوید که این فرآیند، که توسط یورک رهبری می‌شد، شامل بررسی صدها هزار پارامتر برای سنجش اثربخشی الگوریتم‌ها در بازسازی ساختارهای مختلف تصویر بود. این تیم دریافت که با اضافه شدن تلسکوپ گرینلند به EHT، این روش ها به طور قوی‌تری ویژگی‌های تصاویر را بازیابی کردند.

این فرآیند تصویری از M87* ایجاد کرد که فقط کمی متفاوت از تصویر اول است. واضح‌ترین تفاوت این است که روشن‌ترین بخش حلقه درخشان اطراف M87* حدود 30 درجه خلاف جهت عقربه های ساعت جابجا شده است. به گفته EHT، این حرکت احتمالاً نتیجه جریان آشفته ماده در اطراف یک سیاهچاله است. نکته مهم این است که حلقه به همان اندازه باقی مانده است که توسط نسبیت عام نیز پیش‌بینی شده بود.

بومن می‌افزاید که توانایی این تیم برای تولید تصویر دیگری از M87* با داده‌های جدید که بسیار با تصویر قبلی مطابقت دارد، هیجان‌انگیز است.

“من فکر می کنم که مردم می‌خواهند بپرسند، “چرا این مهم است؟ شما قبلاً تصویری از M87* را نشان دادید.” گروه‌های دیگر تصویر M87* را با داده‌هایی بازتولید کرده‌اند که در سال 2017 گرفته شده است. اما اینکه یک مجموعه داده جدید در سال متفاوتی گرفته شده و به نتایج یکسانی برسیم، موضوع کاملاً متفاوتی است. تکرارپذیری با داده‌های مستقل نیز مسئله بزرگی است. “

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

New data, same appearance for M87*

by Emily Velasco, California Institute of Technology JANUARY 27, 2024

https://phys.org/news/2024-01-m87.html

​